Lucrarea

A1

INCERCAREA LA TRACTIUNE A METALELORI.

CONSIDERATII TEORETICE ASUPRA LUCRARII

Prin definiie,numim ncercare statica a unui material,aceea la care soli-citarea exterioara ,, fora sau cuplu se aplica epruvetei lent,progresiv,ncepnd de la zero pana la valoarea finala,in general pana la rupere. Se considera ca fora se aplica lent in cazul cnd viteza de ncercare nu depaseste .. kgf daN 1 2 1 m s mm 2 s ncercarea la traciune a metalelor este ncercarea la care sunt supuse epruvetele,prin aplicarea in sensul axului longitudinal a unei sarcini progresive de traciune. Prin ncercarea la traciune se determina o serie de caracteristici mecanice,pe care le vom defini mai jos si care permit a se face o apreciere asupra comportrii materialului in solicitrile la care va fi supus in timpul solicitrii sale. Pentru un material supus la ntindere,se poate face reprezentare grafica a relaiei ce exista intre eforturile de limitare normale,, ,, ce apar in piesa si deformaiile specifice ,, ,,.Aceasta relaie este reprezentata prin curba caracteristica a materialului ,care,pentru otel,are forma din figura 1. Pe acesta curba vom distinge mai multe puncte importante :

1.Limita de proporionalitateLimita de proporionalitate (punctul P) notata cu ,,pana la care este valabila legea lui Hooke:

,, p ,,este valoarea lui,,

= e 0 0

Dup aceasta limita ,creterea deformaiei nu mai este proporionala cu creterea efortului unitar. Ea se calculeaz din relaia : p =Pp

pp Ao

unde

este fora la limita de

proporionalitate ;Ao aria iniiala a seciunii epruvetei.

Coeficientul de proporionalitate E,care leag efortul unitar , de lungime specificata ,se nu numete modul de elasticitate (longitudinal).Pentru otel , valoarea sa este in jurul a 2,1 x 10 6 Kg / cm 2 .

2 Limita de elasticitate1

Limita de elasticitate (punctul E) notat cu e , este valoarea efortului unitar pana la care materialul romane perfect elastic ,adic dup anularea efortului de ntindere ,revine exact la lungimea iniiala ,deci nu are deformaii permanente .Experienele nu arata ca in realitate materiale perfect elastice nu exista si ca in totdeauna corpul ,dup ce a fost ntins , romane cu o deformaie permanenta. S-a ales , in mod convenional valoarea deformaiei permanente ,care sa defineasc limita de elasticitate ,acesta corespunznd unei deformaii permanente de 0.25%, obinuta dup descrcarea epruvetei .

3 Limita de curgereLimita de curgere sau limita deformaiilor mari , (punctul C) notata cu c , este valoarea efortului unic la care epruveta se deformeaz fata ca sarcina sa mai creasc .Pentru unele materiale , acest lucru nu poate fi observat la aparatul indicator al mainii de ncercat ; atunci se determina limita de curgere ,in mod convenional ,pe baza deformaiei permanente de 0,26 , obinuta dup descrcarea epruvetei ; in acel caz ea se noteaz o 2 .1

4 Rezistenta de rupereRezistenta de rupere (punctul R) r ,este efortul unitar corespunztor valorii maxime a sarcinii. Ea este egala cu :pr Ao Unde : pr - este fora maxima nregistrata la ncercare ; A0 - este aria seciunii iniiale a epruvetei

r =

5 Lungimea specifica la ruperePunctul unde se produce ruperea (S) este punctul cruia ii corespunde lungimea specifica la rupere r .Acesta este raportul intre creterea lungimii epruvetei intre repere , dup rupere ( lr l0 ) si lungimea iniiala l0 l l0 r = l0 Adesea lungimea specifica la rupere se da in procente notndu-se cu : 2

l l0 .100[%] l0 De asemenea in urma ruperii se poate determina gtuirea la rupere , care este raportul dintre micorarea suprafeei seciunii transversale a epruvetei dup rupere ( A0 Ar ) si suprafaa iniiala A0 . Ea se exprima tot in procente : A Ar = 0 .100[%] A0 Atragem atenia ca efortul unitar in ori ce punct a diagramei se calculeaz ca raportul dintre fora P corespunztoare punctului respectiv si seciunea iniiala,chiar daca seciunea transversala a epruvetei s-a micorat in cursul ncercrii din cauza contraciei transversale. Se folosete deci relaia :

= 100 r =

=

P . A0

Din aceasta cauza,curba caracteristica pe care o obinem este o curba convenionala C C (fig.2),care pe prima poriune coincide cu cea reala C C (rezultata din raportul dintre fora P si suprafaa contractata A),dar regiunea de rupere se deprteaz tot mai mult de cea reala. A trasa caracteristica reala ar nsemna sa msuram mereu seciunea epruvetei,deci sa complicam inutil ncercarea. Ceea ce ne intereseaz practic din curba caracteristica,este,in special,partea pana la limita de curgere,unde cele doua curbe coincide.

II. MASINI SI APARATE UTILIZATE1. Maina universala de 30 tone acioneaz mecanic. Una din mainile la care se face ncercarea de ntindere,prezentata schematic in figura 3, este o maina universala, ce poate executa mai multe ncercri: ntindere, compresiune, ncovoiere. Maina trebuie sa ndeplineasc urmtoarele condiii. a) Sa reprezinte o centrare perfecta a epruvetei ,astfel ca aplicarea sa se fac axial . b) Sa asigure o cretere , respectiv descretere a sarcinii lipsita de ocuri. c) Sa msoare sarcina aplicata cu o precizie de 1% d) Sa permit meninerea sarcinii prescrise timp de minimum 30 de secunde La o maina de ncercat materialele, vom distinge urmtoarele pari caracteristice, conform figurii 3 a) Maina de ncercat propriu-zisa cu dispozitiv de fixare a epruvetelor. Ea se compune din :cadru fix 1,prins in fundita mainii ,cadrul mobil 2,avnd in partea inferioara fiind legat de cadrul 1 prin cutia de

3

msurat 14, bara 4 , legata de falca superioara 5 , primete fora de ntindere de la epruveta si o transmite prin pistonul 6 la cutia de masurat14. Pentru fixarea in flci a epruvetei cilindrice sau prismatice, se folosesc dispozitivele ca in fig.4 sau 5. Cel mai rapid sistem de prindere este cel cu pene din figura4. Epruveta E este strnsa intre penele P, care se gsesc in flcile mainii de ncercat si care sunt prevzute cu diniori spre a evita lunecarea . In cazul epruvetelor cu cat se folosete sistemul de prindere cu doua inele ca in figura 5 . b) Mecanismul de ncrcare sau de producere a forelor asupra epruvetelor. Acionarea mainii se face prin electromotor,care,printr-un cuplaj cu friciune, transmite micarea la melcul 7. Aceasta angreneaz cu o roat melcat 8,care este filetat la interior i n care intr urubul 9 . Aceasta este in legtura prin sistemul de bare 10 cu falca inferioar 11 a sistemului de traciune sau cu platoul superior 12al sistemului de compresiune. c ) Mecanismul de msurare a sarcinii. Sarcina se transmite prin cadrul 2 i pistonul 6,la cutia de msurat 14.Aceast cutie are un spaiu plin cu glicerin,limitat prin membrana elastic. Presiunea produs n urma deformrii epruvetei este transmis de ctre glicerin la un manometru , care este etalonat astfel ca s arate direct fora aplicat epruvetei. Funcionarea. Cnd electromotorul acioneaz melcul 7,aceasta angreneaz roata melcat 8,care se rotete. Din aceast cauz,urubul 9 care este mpiedicat s se roteasc,primete o micare de translaie n jos, astfel c falca 11 va cobor. n felul acesta, ea va solicita la ntindere epruveta ce se gsete ntre flcile 5 i 11. Prin falca 5 ,bara 4,cadrul 2,fora este transmis la pistonul 6,care prin intermediul cutiei de msurat, indic la manometru fora ce acioneaz asupra epruvetei. In cazul incercariii de compresiune , epruveta se aseaza intre plcile 12 si 13. Se observa ca acum prin coborrea cadrului 1, epruveta este comprimata . Fora se transmite prin masa 3, si de aici la fel ca nainte.

Maina universala de 30 tone , cu acionare hidraulicaMaina universala de 30 tone , cu acionare hidraulica este compusa din :

2.

4

a) Maina de ncercat propriu-zisa cu dispozitivul de fixare a epruvetelor ( I ),este format din : cadrul fix 1,prins cu batiul mainii si cadrul mobil 2, , care are la partea inferioara masa 3, pentru ncercarea la ncovoiere si fala inferioara 4,ce poate fi acionata de mnerul 5,Fala inferioara 6, se ridica sau cobora nainte de fixarea epruvetei ,in funcie de aezarea acesteia cu ajutorul urubului 6, acionat de electromagnetul 8 fora se aplica asupra epruvetei , care pentru ntindere se prinde intre flcile 4 si 6, introducnd cilindrul 9 uleiul cu ajutorul unei pompe : uleiul apsa asupra pistonului 10 care prin cadrul 2 supune epruveta la ntindere. Pentru compresiune .epruveta se fixeaz intre flcile 11 si 12. a) Pompa de ulei ( II )este formata din electromotorul 13care antreneaz pompa cu 12 pistonase 14, Aceasta se alimenteaz prin conducta 15, din rezervorul 16, si trimite prin conducta 17,uleiul in cilindru 9 al mainii de ncercat . Uleiul care scap pe inga pistonul 10 se ntoarce in rezervorul 16, prin conducta 18. Dup efectuarea unei ncercri , uleiul este readus din cilindrul 9 in rezervorul de ulei 16, prin ventilul 19, Att ventilul 19 cat si debitul pompei sunt comandate prin axul 20 , care poate fi rotit fie prin minerul 21 (grosier), fie prin melcul 22 (reglaj fin).

5

c) Mecanismul de msurat al sarcinii ( III ) este acionat hidraulic, prin conducta 23 , ce pune in legtura cilindrul 9 cu cilindrul fix 24, in care se mica pistonul mobil 25.Pistonul mobil acioneaz prin sistemul de bare 26, prghia 28, avnd la capt greutatea 29. In funcie de deplasarea prghiei se citete pe cadranul 30 .fora cea acioneaz asupra epruvetei. Prin schimbarea greutii 29,se pot realiza trei scri diferite, cea ce permite mrime preciziei citirea pentru sarcini mici . Cele trei scri sunt: Greutatea A corespunde scrii 0-5000Kg Greutile A+B corespund sacrii 0-15000Kg Greutile A+B+C corespund scrii 0-30000Kg Dispozitivul 31 este un amortizor. Funcionarea. Se introduce epruveta de ncercat la ntindere n falca superioar 4 i se strnge prin apsarea mnerului 5. Se deplaseaz apoi falca inferioar 6 cu ajutorul electromotorului 8,pn ce, ntre cele dou flci, este o distan corespunztoare lungimii epruvetei; apoi se prinde epruveta i n falca inferioar. Dac exist vreo indicaie asupra mrimii sarcinii de rupere, se aeaz greuti pe prghia 28,astfel ca precizia citirii s fie ct mai bun. Se pornete apoi electromotorul 13 i se regleaz vi5teza de deplasare a flcii superioare,respectiv se regleaz debitul pompei, prin rotirea mnerelor 21 i 22. Dup ruperea epruvetei, uleiul care a intrat n cilindrul 9 este readus n rezervorul 16, acionndu-se ventilul 19 cu mnerul 21.

deformaiilor

3) Dispozitive de msurare a

Pentru msurarea deformaiilor epruvetei, se utilizeaz un dispozitiv, reprezentat schematic n figura 7. Pe epruveta E se prinde dispozitivul, care are ghearele de prindere 1 i 2 o deschidere o,egal cu lungimea ntre repere. Cnd epruveta este supus la ntindere ea se deformeaz, deci ghearele 1 i 2 se ndeprteaz. Deformaia se poate citi pe un vernier gradat cu precizie de1 mm. 1 0

Acest

dispozitiv msoar numai deformaii relativ mari, ce se produc dup apariia curgerii. Pentru deformaiile mici, din zona de proporionalitate,se folosesc tensometre. Distana ntre repere se potrivete nainte de nceperea lucrrii, cu ajutorul unei epruvete calibrate sau al unei rigle gradate.

6

III. EPRUVETELOR

MATERIALE

UTILIZATE

I

FORMELE

ncercarea se execut pe epruvete de oel. Epruvetele ntrebuinate la ncercrile de traciune sunt standardizate dup STAS 200-52 i ele pot avea seciunea circular, ptrat sau dreptunghiular (n acest din urm caz se recomand ca raportul ntre laturile dreptunghiului s nu depeasc valoarea4). n laturile 8 i 9 sunt desenele epruvetelor standardizate. nainte de nceperea lucrrii, se fac pe epruvet dou semne, A i B, pe care le numim repere.

Toate dimensiunile indicate n figurile de mai sus sunt date n tabela 1. aceste dimensiuni reprezint: o lungimea iniial a epruvetei ntre repere; c lungimea calibrat a epruvetei; t lungimea total a epruvetei; do diametrul iniial al epruvetei de seciune circular pe lungimea calibrat; o seciunea iniial a epruvetei, pe lungimea calibrat; r raza de racordare la capul epruvetei;

ao i bo calibrat.

laturile seciunii dreptunghiulare la epruveta plat, pe lungimea

7

Forma epruvetei Lunga Scurta Lunga Scurta

Lungimea de incercare calibrata c mm o+ d 0

Lungimea initiala intre repere o mm o d 0 =200

Diametrul x)d 0 mm

Sectiunea Simbolul pentru initiala lungimea o mm specifica la 2 rupere

5 d 0 =100 o+ d 0

20

314

0 15

10 d 0 =11.3 A0 5 d 0 =5.65 A0

La alegere

0 15

x) d 0 este diametrul epruvetei de sectiune circulara sau diametrul unui cerc de suprafata egala cu a ceea a sectiunii dreptunghiulare ,patrate etc.. Dimensiunile capetelor epruvetei nu se precizeaz, ele urmnd a corespunde dispozitivului de fixare n maina de ncercat, astfel ca aceast fixare s se fac n bune condiii. Prelucrarea epruvetelor se face, prin achiere fin, ca s se evite orice modificare structural a materialului. n cazul barelor rotunde, laminate, conform STAS 500-49,pn la diametrul de 25 mm,ele se pot ncerca n stare brut, fr a confeciona epruvete strunjite.

IV MODUL DE LUCRU1 nainte de ncercarea lucrrii a). Se msoar diametrul epruvetei d 0 si se fixeaz reperele ,conform tabelului 1(

l0

=10 d 0 sau

l0

=5 d 0 )

8

b) Se prinde epruveta in falca de sus (5) a mainii. Apoi se aproprie falca de jos si se prinde epruveta si in falca de jos. Se va avea grija ca reperele sa romana in afara flcilor mainii. c) Se pornete maina 2. In timpul lucrrii a) Se aplica asupra epruvetei , prin intermediul mecanismului de ncrcare, o sarcina care sa produc un efort unitar sub limita de elasticitate. Se pornete maina si se citete deformaia pe vernierul dispozitivului de msurare a deformaiilor. Acesta operaie se repeta de cteva ori ,la sarcini mrite succesiv. b) Se mrete in continuare sarcina urmrind acul manometrului. Se observa cum arata , la nceput o cretere a sarcinii , pana la un moment dat ,cnd se manifesta o oprire si apoi o tremurare a acului, cea ce corespunde unei sarcini constante sau chiar micorare .In aceasta situaie sa atins limita de curgere a materialului , unde ncepe sa apar vizibil deformaiile epruvetei .Se citete si se noteaz deformaia si fora la limita de curgere ( P0 ). c) Se pornete din nou electromotorul , iar sarcina va creste. Se repeta de cteva ori operaia de citire a deformaiei, oprind maina de cteva oricnd se noteaz fora (P) si lungimea(l). d) Se observa apoi ca sarcina creste din ce in ce mai ncet. Aceasta nseamn ca materialul s-a apropiat de punctul R din fig. 1.Se va observa cu atenie epruveta ,recunoscnd apariia unei gtuiri,care este premergtoare ruperii materialului. Dup ruperea epruvetei se oprete maina. 3) Dup terminarea lucrrii a) Se citete pe ecranul manometrului fora maxima atinsa la ncercarea , corespunztoare punctului R. b) Se scoate epruveta din flcile mainii, se aseaza pe masa, cap la cap, cele doua bucati si se msoar lungimea intre repere ( l r ).Cu ajutorul acesteia , se calculeaz lungimea specifica la rupere ( r ). c) Pentru calculul gtuirii, este necesara msurarea seciunii de rupere a pasei. La epruvetele de seciune circulara se msoar diametrul minim dup rupere , lund media aritmetica a doua diametre perpendiculare. ( fig.10) : d + d2 dm = 1 2 Iar seciunea de rupere este :Ar =2 d m 4

9

Fig. 10

fig. 11

La epruvetele cu seciune ptrata sau dreptunghiulara , ale cror seciunii de rupere nu au muchiile drepte ,suprafaa seciunii de se va calcula prin nmulirea dimensiunilor minime a si b (fig. 11)Ar = a * b

V REZULTATELE LUCRARII1) Calculul caracteristicilor mecanice Caracteristicile mecanice ale materialului ncercat se determina pentru fiecare epruveta ntocmind tabela 2,dup modelul urmtor : Pentru calculul se vor utiliza formulele (1) si (9)

10

Lungimea specifica la rupere

Lungimea iniiala intre repere

Suprafaa specifica la rupere 1 3

Funcia limita de curgere

Fora de rupere

Rezistenta de rupere

mm Diametrul sau dimensiunile seciunii iniiale,

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

2) Trasarea curbei caracteristice Pentru una din epruvete , se va trasa prin puncte curba caracteristica. Pentru aceasta,dup cum sa artase aplica asupra epruvetei diferite sarcini si se msoar deformaiile corespunztoare. Pentru obinerea punctelor , se procedeaz astfel :cunoscnd fora P aplicata,se calculeaz efortul unitar corespunztor , cu formula :=P A0

Apoi cunoscnd lungimea variabila l intre repere se calculeaz lungimea specifica 11

Diametrul sau dimensiunile seciunii de rupere ,mm

Lungimea la rupere intre repere

Seciunea iniiala

1 2

Gtuirea la rupere

Epruveta nr.

Limita de curgere

l l0 l0 Aceste rezultate se trec in tabela 3 Diametrul iniial d 0 = mm Lungimea iniiala l 0 =mm Seciunea iniiala A 0 =mm 2

=

Nr.citirii 1

Fora de ntindere P Kg 2

Efortul unitar Kg/ mm 3

2

Lungimea intre repere l mm 4

Lungimea specifica

%5

Fiecare pereche de valori = din tabela reprezint un punct al diagramei,care,in cazul otelului,va avea aspectul din figura 1.

VI.

OBSERVATII,CONCLUZII

Studentul va trage concluzii asupra felului cum s-a produs ruperea,asupra mersului lucrrii, asupra curbei caracteristice,a ordinului de mrime a erorilor,a posibilitilor de eliminare a lor etc.

12