Studiul si Ingineria Materialelor Ionelia Voiculescu, Ion Mihai VASILE

1

NCERCAREA DE TRACIUNE

1. NOIUNI GENERALE

ncercrile mecanice de rezisten fac parte din clasa metodelor distructive i urmresc n principal determinarea comportrii la: traciune, compresiune, rsucire, ncovoiere, rsucire, forfecare, presiune de contact sau uzur (tab. 1). n cazul solicitrii statice, se impune utilizarea unor viteze de solicitare egale cu cel mult 100N/mm2s. Evoluia n timp a solicitrii statice poate fi progresiv, constant, regresiv sau oscilant.

Condiiile de mediu care se recomand pentru efectuarea determinrilor sunt: temperatura standard 20 oC 2 oC pentru ncercri obinuite sau 1 oC, pentru ncercri speciale, umiditatea relativ 65% 5% pentru ncercri obinuite sau 2 % pentru ncercri speciale, presiunea atmosferic 860-1060 mbar. Atmosfera ambiant pentru ncercare poate prezenta urmtoarele caracteristici: temperatura 15-35 oC, umiditatea relativ 45-75%, presiunea atmosferic 860-1060 mbar.

2. NCERCAREA LA TRACIUNE Determinarea strilor de tensiune n cazurile concrete ale aplicaiilor industriale este

extrem de dificil, deoarece intervin o serie de variabile care sunt greu de cuantificat. Conform teoriei strilor de tensiune limit este posibil echivalarea strii de tensiune reale complexe cu starea de tensiune simpl, uor de simulat experimental, cum este ntinderea mono-axial.

n acest fel, comportarea materialelor la ntinderea mono-axial poate sta la baza interpretrii celorlalte stri de solicitare iar ncercarea la traciune poate fi considerat o ncercare de baz a oricrui tip de material. Pentru simularea unor solicitri specifice, aceast metod se poate completa cu ncercri de ncovoiere, rsucire, forfecare, solicitri compuse.

2.1 CARACTERISTICI DE REZISTEN MECANIC

ncercarea la traciune se execut aplicnd unei epruvete cu o geometrie special o for axial cresctore, nregistrnd continuu variaiile de lungime, pn n momentul ruperii. Msurarea variaiei de lungime se efectueaz pe poriunea calibrat a epruvetei de traciune.

Evaluarea rezultatelor se poate face prin msurarea discret a distanelor ntre dou repere iniiale sau prin msurare continu, utiliznd extensometre (cu cuartz, cu laser) (fig. 1). Prin reprezentarea grafic a variaiei sarcinii unitare n raport cu deformarea, n timpul traciunii, rezult curba caracteristic a materialului, denumit curba tensiune-deformaie (curba lui Hooke) (fig. 2).

Cu ajutorul diagramei tensiune/deformaie pot fi puse n eviden att caracteristici mecanice de rezistenta (pct. 2.1) cat si de plasticitate (pct. 2.2).

Studiul si Ingineria Materialelor Ionelia Voiculescu, Ion Mihai VASILE

2

2.1.1 Limita de rupere, Rm, este exprimat de raportul ntre fora maxim de solicitare i seciunea transversal iniial a epruvetei. Se msoar n daN/mm2 i poate fi determinat cu relaia:

Rm = Fmax / So, (1)

n care Fmax este fora maxim de rupere iar So seciunea transversal iniial a epruvetei de traciune. n cazul materialelor fragile, valorile limitelor de rupere i de curgere coincid.

n majoritatea materialelor ductile, deformaia nu este uniform. La anumite momente, o poriune de material se deformeaz mai mult dect alta, n funcie de alunecarea atomilor n planurile cristaline. Alunecarea ncepe n planul cu densitatea atomic maxim, considerat a fi nclinat la 45o [1]. Zona n care ncepe alunecarea se numete zona de gtuire.

Fig. 1. Maini pentru ncercare la traciune continua si bacurile de prindere a epruvetelor.

a) b)

Fig. 2. Curba tensiune-deformaie pentru materiale ductile: a) 1. limita de rupere; 2. limita de curgere; 3. limita de tensiune proporionala; 4. punct de

rupere; 5. deformaia remanenta proporionala pentru deformaie 0.2%); b)1: valoarea reala a elasticitii; 2: limita de proporionalitate;

3: limita de elasticitate; 4: limita de plasticitate.

Studiul si Ingineria Materialelor Ionelia Voiculescu, Ion Mihai VASILE

3

Deoarece seciunea activ se micoreaz n zona de gtuire, valoarea necesar a forei pentru deformarea n continuare este din ce n ce mai mic i se instaleaz localizat ruperea. Ca urmare, limita de rupere este valoarea tensiunii mecanice la care se iniiaz gtuirea materialului. Valorile limitei de rupere sunt prezentate adesea n cataloagele de

produs deoarece sunt relativ uor de determinat, dar nu stau la baza calculelor de rezisten n condiii de siguran. Acestea sunt importante pentru estimarea comportrii materialelor n exploatare sau pentru estimarea unor caracteristici mai dificil de determinat.

2.1.2 Limita de curgere convenional, Rp,reprezint raportul dintre sarcina corespunztoare unei alungiri neproporionale prescrise i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei, msurat n daN/mm2. La simbolul general se adaug un numr care reprezint proporia de alungire la care s-a efectuat determinarea (de exemplu, pentru o alungire neproporional de 0,2% simbolul este Rp0.2).

Limita de curgere este un criteriu de calcul utilizat prin raportarea la o valoare de

siguran. De aceea, proiectarea structurii se va realiza pornind de la o valoare inferioar limitei de curgere, pentru ca structura s nu sufere deformaii plastice n exploatare, care pot degenera n pierderea stabilitii i capacitii portante.

2.1.3 Limita de elasticitate tehnic, RE, reprezint tensiunea la care alungirea specific remanent atinge o valoare prescris, nscris ca indice (n cazul oelurilor, alungirea specific remanent se stabilete la valoarea de 0,01% i se noteaz RE 0,01). La valori mai mici dect limita de elasticitate materialul prezint o comportare elastic proporional, conform legii lui Hooke.

2.1.4. Modulul de elasticitate este o constant de material i poate avea valori diferite pe direcia longitudinal sau transversal de secionare a epruvetei de ncercare. La depirea limitei de elasticitate materialul ncepe s capete deformaii remanente, plastice. Constantele elastice depind de temperatur i de tensiunea mecanic aplicat. Pe msur ce temperatura crete, energia de atracie ntre atomii reelei cristaline scade iar constantele au valori mai sczute.

Atunci cnd se determina tensiunea nominala de rupere, se mparte valoarea forei nominale de rupere la seciunea iniiala a epruvetei in zona de rupere (fig. 3, curba A). Estimarea variaiei reale a tensiunii de rupere implica cunoaterea valorii seciunii de rupere in momentul ruperii (fig. 3, curba B). Acest lucru este dificil de realizat si presupune utilizarea

unor dispozitive speciale de urmrire a reducerii seciunii de rupere.

Studiul si Ingineria Materialelor Ionelia Voiculescu, Ion Mihai VASILE

4

Deformatie

Fig. 3. Curba tensiune - deformaie pentru otel de construcii: 1. limita de rupere; 2. limita de curgere; 3. punct de rupere; 4. zona de durificare sub tensiune; 5. zona de gtuire; A:

Tensiunea aparenta (F/So); B: Tensiunea reala (F/Si).

Tensiune

Studiul si Ingineria Materialelor Ionelia Voiculescu, Ion Mihai VASILE

Tabelul 1. Clasificarea ncercrilor mecanice de rezisten

4

Fig.4. Curbe tensiune-deformaie: a, c) material cu plasticitate bun (se evideniaz punctul de curgere si zona de tranzitie), b) material cu tenacitate si elasticitate buna (oteluri inoxidabile), d) materiale neomogene cu plasticitate mare.[6]

5

Unele oeluri cu puin carbon prezint puncte de curgere duble (fig. 4d). Acest fenomen apare datorit interaciunii dintre atomii interstiiali i dislocaii care determin o blocare a deplasrii acestora cu efectul majorrii pentru scurt timp a valorii limitei de curgere. Prin aplicarea unei tensiuni mecanice mai mari, ncepe procesul de alunecare accelerat a dislocaiilor.

Modulul de elasticitate longitudinal, E (modulul lui Young), exprimat n daN/mm2

descrie deformaia elastic aprut cnd epruveta este ntins sau comprimat uni-axial, conform relaiei:

E = / sau E = tg (2) unde tensiunea la ntindere, deformaia la ntindere. Modulul de elasticitate depinde de forele de atracie interatomica (fig. 5).

Fig. 5. Panta curbei forelor de interaciune atomic [1].

Dac panta curbei forelor de interaciune atomic este abrupt nseamn c forele necesare pentru separarea atomilor sunt mari i materialul are o elasticitate mare. Valorile cele mai ridicate ale modulului de elasticitate se ntlnesc la metalele cu punct de topire

ridicat (tab. 2).

Spatiul interatomic

Atractie

Respingere

Tabelul 2. Relaia ntre modulul de elasticitate i temperatura de topire a unor metale[1]

Metalul Temperatura de topire, oC Modulul de elasticitate G,

MPa

Pb 327 13790

Mg 650 44817,5

Al 660 68950

Ag 962 76051,85

Au 1064 77913,5

Cu 1085 124799,5

Ni 1453 206160,5

Fe 1538 206850

Mo 2610 299243

W 3410 403357,5

Cu ct modulul de elasticitate al unui material este mai mare, cu att acesta i pstreaz mai bine forma i dimensiunile n exploatare, probnd astfel rigiditate fa de solicitrile exterioare. Pentru aplicaii care necesit limite de toleran dimensional reduse se recomand alegerea unor materiale cu modul de elasticitate ct mai mare (fig. 6).

Deformatie, %

Fig. 6. Comparaie ntre modul de comportare elastic pentru oel i aluminiu.

Aluminiu

Otel

Modulul de elasticitate transversal (de rigiditate) G, exprimat n daN/mm2 descrie

deformaia materialului la solicitarea de forfecare:

G = E/3(1 - 2 ) (3)

Relaia care se stabilete ntre deformaia elastic longitudinal i transversal este exprimat cu ajutorul coeficientului Poisson:

= - transversal/ longitudinal (4)

Pentru materiale ideale, = 0,5. n materialele reale, valoarea tipic a coeficientului Poisson este 0,3, n condiiile respectrii legii conservrii volumelor la deformarea plastic.

2.1.5 Modulul de compresibilitate exprim raportul ntre presiunea aplicat i modificarea de volum care apare in materialul deformat:

ntre modulele de elasticitate i compresibilitate pot fi stabilite urmtoarele corelaii:

2.1.6. Epruvete pentru ncercarea la traciune

Forma si dimensiunile epruvetelor pentru ncercarea de traciune trebuie sa ndeplineasc urmtoarele condiii:

o Dimensiunile sa fie suficient de mari, astfel nct rezultatele sa nu fie

influenate de comportarea neomogena a materialului si sa permit prinderea corespunztoare in bacurile mainii de ncercat;

o Sa existe o zona calibrata, cu dimensiuni precise si suprafee cat mai bine prelucrate, omogena, situata in afara zonei de prindere.

In mod obinuit, epruvetele au seciune circulara (rotunde, fig.7) sau dreptunghiulara (plate, fig. 8), cu raportul seciunii mai mic dect 4:1.

Fig. 7. Forma si dimensiunile epruvetei cilindrice pentru traciune [3].

Fig. 8. Forma si dimensiunile epruvetei plate pentru traciune [3].

Dimensiunile epruvetelor uzuale rotunde sunt prezentate in tabelul 3 iar cele ale epruvetelor

plate in tabelul 4.

Tabelul 3. Dimensiunile epruvetelor uzuale rotunde pentru traciune [3]

Poriunea calibrata Zona de prindere Epruvete neprelucrate

Lungime proporionala

Diametru

do, mm Aria

seciunii

So, mm2

Cilindrica Conica Filetata Cilindrice Normala Lo=5do

Lunga

Lo=10do

D h D h D h h Lo Lc Lo Lc

4 12,5 6 20 16 4 M6 6 25 20 28 40 48

5 19,6 7 20 18 5 M7 7 25 25 35 50 60

7 38,5 9 28 22 7 M10 9 33 35 49 70 84

10 78,5 12 35 28 10 M16 12 40 50 70 100 120

20 314,2 24 60 48 20 M30 24 65 100 140 200 240

Tabelul 4. Dimensiunile epruvetelor uzuale plate pentru traciune [3]

Portiunea cilindrica Zona de prindere Lungimea proportionala

grosime

ao, mm latime

bo, mm Arie

sectiune

So, mm2

Epruvete prelucrate Epruvete neprelucrate

Normala

Lo=5,65So Lunga

Lo=11,3So Fara bolt Cu bolt

B h B h d1 e h Lo Lc Lo Lc

3 6,6 19,6 14 20 21 26 8 18 25 25 34 50 59

4 12,5 50 20 35 40 50 13 32 40 40 54 80 94

5 16 80 24 40 50 65 17 40 45 50 68 100 118

6 20 120 30 50 62 80 21 50 55 60 82 120 142

8 25 200 35 60 78 100 26 63 65 80 108 160 188

10 31 310 40 70 96 125 32 78 75 100 135 200 235

2.2. CARACTERISTICI DE PLASTICITATE

Plasticitatea unui material este o caracteristic foarte important att pentru calcule inginereti cat si pentru estimarea comportrii tehnologice (in timpul proceselor de prelucrare si semifabricare) sau in exploatare (comportarea sub sarcina, in medii de lucru

extreme, etc.) a structurii metalice. Deoarece, in timpul testului de traciune continua, deformaia specific nu este constant pe lungimea epruvetei, in zonele cu planuri atomice situate sub o inclinare prefereniala de aproximativ 45o in raport cu direcia de solicitare se produce o deformare accelerata, care duce la modificarea locala a seciunii prin alungire si striciune (gtuire).

Caracteristicile de ductilitate sau de plasticitate exprim gradul de deformare pe care l poate suporta materialul in procesul de solicitare pn la rupere. Acestea pot fi cuantificate prin caracteristicile de material adimensionale denumite alungirea la rupere si gtuirea la

rupere. Ductilitatea este important pentru proiectanii i executanii structurilor metalice, n vederea aprecierii capacitii de preluare a tensiunilor interne (mai ales pentru structuri sudate, deformate plastic la rece sau tratate termic) sau a sarcinilor din exploatare[2, 5].

Proiectanii prefer ca materialul s posede valori ale ductilitii mai mari, pentru ca, n exploatare, componentele s sufere deformaii vizibile nainte de rupere. Totodat, o mai mare ductilitate reprezint o garanie c materialul poate fi prelucrat prin deformare plastic mai uor, iar proiectantul poate opta pentru soluii constructive mai complexe.

2.2.1 Alungirea la rupere

Aceasta caracteristica mecanica se determina, in general, pe epruvete de traciune care au factorul dimensional n = 5 (STAS R 9805:74).

Alungirea la rupere, simbolizata A5 sau , este evaluata dup ruperea epruvetei si se poate calcula utiliznd relaia:

n care Lcf reprezint lungimea final, la rupere, msurata ntre reperele stabilite pe zona calibrat a epruvetei iar Lc0 lungimea iniial a zonei calibrate (fig. 7).

In cazul ncercrilor curente, lungimea iniiala Lc0 a epruvetei se mparte in trei pari egale, alungirea la rupere putnd fi determinata doar daca epruveta se rupe in treimea

mijlocie. In cazul in care lungimea iniiala a epruvetei se divide in zece pari egale, alungirea la rupere se poate determina independent de poziia seciunii de rupere in cadrul lungimii iniiale. Lungimea dup rupere se obine aeznd poriunile rupte cu axele in prelungire, fra spaiu intre feele rupturii si msurnd distana dintre reperele extreme.

2.2.2 Gtuirea la rupere

Gtuirea la rupere, simbolizata sau Z, se definete ca diferena dintre aria seciunii iniiale si aria seciunii finale a epruvetei de traciune, raportata la aria seciunii iniiale:

n care Ao reprezint aria seciunii iniiale a epruvetei iar A aria seciunii finale de rupere. Alungirea exprim proporia de alungire a epruvetelor la momentul ruperii iar gtuirea

exprim gradul de reducere a seciunii n zona de rupere. Aceste mrimi se determin utiliznd epruvetele de traciune continu standardizate (fig. 9).

2. f

Fig. 9. Epruvete cilindrice pentru testul de traciune: 1) nainte de rupere; 2) dup rupere.

Aria seciunii ultime se evalueaz in funcie de geometria epruvetei de traciune [3]. Dac epruveta este rotund, diametrul seciunii de rupere se consider ca fiind media aritmetic a dimensiunii transversale maxime si a celei minime. Dac epruveta este plat, ca seciune ultim se consider un dreptunghi ale crui laturi sunt egale cu dimensiunile minime msurate in seciunea rupturii (fig.10).

Fig. 10. Aspectul seciunii de rupere in cazul probelor plate [3].

Din analiza formei si aspectului epruvetelor de traciune se pot face aprecieri legate de modul de rupere: ductil, fragil sau mixt (fig. 11). In cazul ruperii ductile, materialul sufer o puternica deformare plastica, evideniata prin valori considerabile ale alungirii si gtuirii la rupere (fig. 11c, fig. 11a). Materialele cu ductilitate medie (oteluri carbon) capt, la rupere, att gtuire importanta cat si alungire proporional. In acest caz ruperea se propaga dinspre centrul seciunii pe direciile tensiunilor tangeniale maxime, situate la unghiuri de 45o, aspectul suprafeei de rupere fiind caracteristic, denumit numit con-cup (fig. 11.b, fig. 12a).

Deformarea plastica a epruvetei se produce prin deplasrile de alunecare in reeaua cristalina a metalului, fenomen confirmat de faptul ca pe suprafeele epruvetelor bine lefuite supuse la traciune apar striuri de alunecare nclinate la aproximativ 45o. In cazul ruperii fragile, microfisurile iniiate in suprafaa de rupere se propaga brusc, fr o deformare global a materialului ci doar in cadrul unor microvolume localizate pe suprafeele de rupere (care pot fi decelate doar prin difracie cu raze X) (fig. 12a, fig. 12b).

Ruperea fragila produce secionri intr-un plan aproximativ perpendicular fata de planul de solicitare si are structur cristalin (ruperea se iniiaz pe limitele de grunte). Factorii care determina obinerea de rezultate diferite prin ncercarea de traciune si care produc modificri aparente ale valorilor caracteristicilor mecanice de rezistenta sunt: dimensiunile epruvetelor, viteza de solicitare si caracteristicile mainii de ncercare[6,7].

Fig. 11. Moduri de rupere ale materialelor: a) fragil; b) mixt; c) ductil.

a b

Fig. 12. Epruvete solicitate la testul de traciune continua. a) Aliaj AlMgSi; b) fonta cu grafit nodular.

Materialele cu ductilitate foarte mare, precum aurul, plumbul etc.) capt gtuiri foarte mari in momentul ruperii, seciunea putnd ajunge chiar filiforma. Totodat, in urma deformrii plastice prin laminare pot fi obinute folii cu grosimi foarte reduse (fig. 13).

Fig. 13. Folii de aur obinute prin laminare.

Incercarea la tractiune a metalelor este incercarea la care sunt supuse epruvetele si consta in aplicarea pe directia axei longitudinale a unei forte

progresive de intindere pana la rupere. Dependenta dintre tensiunile normale si deformatiile specifice ce sunt efectul solicitarii axiale a epruvetei, reprezinta

curba caracteristica a materialului incercat la tractiune.

Pentru un otel moale curba caracteristica (fig.1.1) prezinta mai multe puncte ce definesc cele mai importante caracteristici mecanice ale otelului.

Fig.1.1

a - reprezinta curba caracteristica conventionala unde:

(1.1)

b - reprezinta curba caracteristica reala unde:

(1.2)

In figura 1.1 s-au facut urmatoarele notatii:

aria sectiunii initiale a epruvetei; = 314 mm

lungimea initiala intre cele doua sectiuni transversale ale epruvetei;

Air sectiunii epruvetei reale momentane;

limita de proportionalitate conventionala; reprezinta tensiunea

pentru care abaterea dintre modulul de elasticitate curent si modulul de

elasticitate initial este de 10% (fig.1.2).

Abaterea se calculeaza cu relatia: , si limita de

proportionalitate se noteaza: .

, limita de elasticitate tehnica, pentru o deformatie specifica

liniara remanenta prescrisa, uzual se considera si se noteaza .

"palier de curgere", in cazul otelurilor cu continut redus de carbon

deformatiile plastice sunt foarte mari si se produc la o forta exterioara constanta sau descrescatoare.

limita de curgere aparenta, reprezinta tensiunea

corespunzatoare momentului in care cresterea fortei inceteaza, in timp ce procesul de deformare a epruvetei continua.

La materialele care nu au limita de curgere aparenta stabilirea acesteia

se face conventional:

- limita de curgere conventionala, pentru o alungire

neproportionala prescrisa de

0,2%;

Fig.1.2

- limita de curgere remanenta, pentru o alungire remanenta

prescrisa de 0,2 %.

zona de ecruisare (de intarire), pe masura ce se accentueaza

gradul de deformare plastica in zona de curgere, metalul se ecruiseaza si forta

necesara deformarii epruvetei incepe sa creasca.

zona de curgere locala, la un moment dat, intr-o anumita zona

a epruvetei apare o subtiere (gatuire), care se accentueaza destul de rapid. In continuare deformarea epruvetei se efectueaza numai in zona gatuirii, la

forte tot mai mici si in final se produce ruperea reprezentata prin punctul .

rezistenta la rupere, reprezinta raportul dintre forta maxima

ce se realizeaza in punctul si aria sectiunii transversale initiale a epruvetei:

= > Ao= x400/4=314 mm unde = 20 mm

Fmax= 314 x 400 MPa

EPRUVETE PENTRU INCERCAREA LA TRACTIUNE

Rezultatele incercarilor la tractiune trebuie sa fie comparabile, si din acest motiv este necesar ca epruvetele sa respecte anumite conditii de forma,

dimensiuni si prelucrare.

In mod obisnuit, epruvetele au sectiunea circulara (epruvete rotunde)

sau dreptunghiulara (epruvete plate), cu raportul laturilor mai mic decat .

Forma cea mai uzuala si principalele dimensiuni ale unei epruvete pentru incercarea la tractiune sunt prezentate in figura 1.3, unde s-au facut

urmatoarele notatii:

lungimea totala a epruvetei,

lungimea calibrata a epruvetei (lungimea zonei de sectiune constanta

in limitele tolerantelor prescrise)

= 54 mm

lungimea initiala intre repere (marcata prin doua repere trasate in

interiorul zonei calibrate in vederea determinarii alungirii la rupere)

= 40 mm

diametrul initial al epruvetei = 20 mm

Fig.1.3

Lungimea initiala si diametrul initial se aleg astfel incat

raportul , numit factor dimensional sa aiba valoarea sau .

Corespunzator acestor valori epruveta se numeste proportionala normala sau proportionala lunga. Impunerea factorului dimensional este necesara pentru

a se obtine alungiri la rupere comparabile, la epruvete cu diferite sectiuni transversale.

MASINA DE INCERCAT

Partile componente principale ale masinii pentru incercari statice la

tractiune sunt urmatoarele:

- Batiul,

- dispozitivul de fixare a epruvetei,

- dispozitivul de producere a sarcinii,

- dispozitivul de masurare a sarcinii,

- dispozitivul de inregistrare a curbei caracteristice.

Asupra epruvetei se aplica o sarcina progresiva, lenta, fara socuri, in general pana la rupere.

In figura 1.4 este prezentata masina universala ce realizeaza sarcina maxima de 50 t obtinuta hidraulic si notatiile facute au urmatoarea

semnificatie:

I - masina de incercat cu dispozitivul de prindere a epruvetelor,

II - pompa de ulei reglabila cu dispozitivul de comanda,

III - indicatorul de forta si inregistratorul de diagrame,

1- cadru fix,

2- batiul masinii,

3 - cadrul mobil,

4 - masa mobila pentru incercarea la incovoiere si compresiune cat si

pentru fixarea partii superioare 5 de prindere a epruvetei,

6 - maner de actionare a partii superioare de prindere a epruvetei,

7 - partea superioara de prindere a epruvetei actionata mecanic,

8 - electromotor,

9 - comanda pentru deplasarea partii inferioare,

10 - partea inferioara de prindere a epruvetei,

11 - cilindru,

12 - piston,

13 - conducta de ulei sub presiune,

14 - conducta pentru recuperarea scaparilor de ulei,

15 - reglajul fin al pompei de ulei,

16 - reglajul grosier al pompei de ulei,

17 - conducta de actionare hidraulica a indicatorului de forta,

18 - bara articulata a carei deplasare este proportionala cu forta indicata pe cadranul

19, 20 - inregistratorul diagramei de incercare la tractiune.

Fig.1.4

EXPRIMAREA REZULTATELOR INCERCARII

Incercarea la tractiune permite determinarea urmatoarelor caracteristici

mecanice uzuale: limita de curgere aparenta, rezistenta la rupere, alungirea la rupere, gatuirea la rupere.

Limita de curgere aparenta se determina vizual: se urmareste

continuu deplasarea acului indicator de pe cadranul de masurare a fortei,

impreuna cu acul remorca. La un moment dat, desi lungirea epruvetei se produce in continuare, acul indicator se opreste sau se intoarce la forte mai

mici; in aceasta situatie acul remorca indica valoarea fortei maxime , care

se considera in calculul limitei de curgere aparente:

(1.4)

Rezistenta la rupere se determina pe baza sarcinii maxime ,

care se inregistreaza in timpul incercarii:

(1.5)

Alungirea la rupere pentru incercarea efectuata in laborator, cand

lungimea initiala a epruvetei se divizeaza in zece parti egale, se va calcula cu relatia urmatoare:

(1.6)

unde reprezinta lungimea dupa rupere (lungimea ultima).

Lungimea dupa rupere se determina prin cumularea masuratorilor

lungirilor partiale din zona de rupere, pe baza procedeului urmator:

- Pentru par, conform fig.1.5, se calculeaza cu urmatoarea

relatie:

(1.7)

unde: reprezinta numarul total de intervale a lungimii initiale,

reprezinta numarul de intervale a lungimii .

Lungimea , care contine sectiunea de rupere, este delimitata de

reperul marginal al zonei scurte a epruvetei rupte si reperul ce marcheaza

primul interval intreg de pe zona lunga a epruvetei rupte.

Fig.1.5

Lungimea , care contine sectiunea de rupere, este delimitata de reperul marginal al zonei scurte a epruvetei rupte si reperul ce marcheaza primul

interval intreg de pe zona lunga a epruvetei rupte.

- Pentru impar, conform fig.1.6, se calculeaza cu urmatoarea

relatie:

(1.8)

Gatuirea la rupere se apreciaza cu relatia urmatoare:

(1.9)

unde este aria sectiunii ultime a epruvetei si reprezinta aria sectiunii

transversale a epruvetei in ruptura.

Diametrul sectiunii de rupere se considera ca fiind media aritmetica a dimensiunii transversale maxime si a celei minime.

INCERCARI SPECIALE LA TRACTIUNE

Incercarea la tractiune a sarmelor si cablurilor

In cazul sarmelor nu se pot executa epruvete cu capete proeminente. In ceea ce priveste prinderea epruvetei pe masina de incercat, nu s-au realizat

dispozitive care sa produca aceeasi solicitare atat in zona de prindere, cat si in restul epruvetei.

Sistemul de prindere creeaza tensiuni locale de strivire si din aceasta cauza ruperea se produce in zona de fixare si la o forta mai mica. Ca urmare,

se determina rezistente la rupere mai mici decat cea reala, dar nu este influentata comportarea materialului in prima parte a incercarii, deci nu sunt

afectate limita de proportionalitate, limita de curgere si modulul de elasticitate.

Fig.1.6

Incercarea la tractiune a sarmelor ( cu exceptia sarmelor pentru beton

precomprimat) se efectueaza conform STAS 6951-76, care se refera la sarme cu sectiunea rotunda, patrata sau hexagonala cu dimensiunea nominala pana

la 10mm si la sarme cu sectiunea dreptunghiulara, trapezoidala, semicirculara etc. cu grosimea pana la 3 mm si raportul laturilor sub 4.

Lungimea totala a epruvetei trebuie sa asigure, in afara partilor de

prindere pe masina, urmatoarele dimensiuni:

.

unde este sectiunea initiala.

In cazul cand intereseaza numai sectiunea la rupere, se admite folosirea

unei epruvete scurte cu .

Efectuarea incercarii si stabilirea rezultatelor se fac conform standardului general STAS 200-75.

In cazul cablurilor, incercarea la tractiune are drept scop determinarea

sarcinii de rupere si a alungirii. Incercarea se efectueaza conform STAS 2172-74, pe cablul intreg (pe epruveta luata din cablu) sau separat pe fiecare sarma

activa componenta a cablului, dar in acest caz sarcina de rupere a cablului este egala cu suma sarcinilor de rupere ale sarmelor componente.

Masina de incercat la tractiune trebuie sa aiba dispozitive speciale pentru prinderea epruvetei.

Incercarea la tractiune a tablelor si benzilor subtiri

La incercarea tablelor si a benzilor metalice apar probleme de prindere similare celor de la incercarea sarmelor. Pentru a realiza o epruveta cu capete

proeminente se poate proceda astfel: banda metalica se aseaza intre doua sabloane de otel si se polizeaza pe contur ( sabloanele absorb caldura

degajata), apoi pe capete se sudeaza prin puncte niste placute executate din aceiasi banda.

Pe o astfel de epruveta ruperea se produce in zona centrala si se obtine valoarea corecta a rezistentei la rupere.

Pentru determinarea limitei de proportionalitate, a limitei de curgere si

a modulului de elasticitate nu sunt necesare epruvete cu capete proeminente, ci se foloseste direct banda metalica.

Benzile inguste se pot incerca direct, fara a executa o portiune calibrata

de latime mica. Toate definitiile si simbolurile, precum si modul de determinare a caracteristicilor mecanice sunt aceleasi ca in cazul incercarii

obisnuite la tractiune, cu o singura exceptie, nu se determina gatuirea la rupere.

3. INCERCAREA LA COMPRESIUNE Aceasta ncercare se aplica mai ales materialelor de construcie (beton, crmida,

ciment, lemn) dar si metalelor care au caracteristici mecanice diferite la compresiune fata

de ntindere.

Principala problema pe care o implica ncercarea la compresiune este cea a realizrii unei stri de tensiuni omogene in epruveta (fig.14). Daca epruveta are forma cilindrica, starea de tensiune monoaxiala este modificata datorita frecrilor dintre suprafeele de contact ale epruvetei si suprafeele de apsare [3].

Fig. 14. Modul de deformare al unei probe cilindrice [3].

In timpul ncercrii, suprafaa A-A rmne, practic, in contact cu placa de apsare, iar punctele B ale epruvetei nesolicitate ajung, prin deformarea materialului, in contact cu placa

de apsare (punctele B), in timp ce punctele C se deplaseaz mult pe direcia radiala, nefiind blocate de forele de frecare cu suprafee de contact.

Ca urmare, dup deformare, configuraia geometrica a piesei se modifica, tinznd spre un aspect de butoiere, datorita strii de tensiuni neomogene. In cazul materialelor tenace, in timpul testului de compresiune nu se produce ruperea materialului, ci doar deformarea

plastica continua, pe msura creterii sarcinii. Pentru limitarea efectelor adiacente testului de compresiune se recomanda utilizarea

unor dimensiuni corelate ale probelor (tab. 5) si asigurarea unor condiii de fixare a epruvetei pe platourile plane ale mainii de ncercare (fig. 15).

Pentru ca epruveta sa isi pstreze forma in timpul ncercrii se recomanda ca aceasta sa fie ca in fig. 16, cu lungimea l = (11,5)D (pentru evitarea curbrii) si d = 0,3D. Unghiul al conurilor de apsare se alege egal cu unghiul de frecare dintre cele doua suprafee (daca f este coeficientul de frecare, atunci tg = f).

Tabelul. 5. Dimensiuni ale epruvetelor cilindrice pentru ncercarea la compresiune a

metalelor, mm [3]

Tip

epruveta

Factor

dimensional

Diametru epruveta Lungime epruveta Lungime intre

repere, Lo Nominal, do Abateri

limita

Nominal Abateri

limita

Scurta 1 25

30

0,20 25

30

0,20 20

25

Mijlocie 3 10

20

25

30

30

60

75

90

0,30 25 50 65

80

Lunga 5 20

30

100

150

0,50 90

140

10 30 300 280

Fig. 15. Modul de fixare a epruvetei. Fig. 16. Geometria epruvetei pentru compresiune.

Modul de lucru pentru efectuare incercarii de tractiune

se pornete maina i se regleaz parametrii ncercrii; viteza de cretere a solicitrii se alege, de exmplu la valoarea de 2mm/min;

se msoar valorile iniiale ale diametrului i lungimii epruvetei;

se completeaz cu aceste valori tabelul afiat pe monitor;

se instaleaz epruveta ntre bacurile de prindere ale mainii i se pornete ncrcarea;

se urmrete modul n care proba se deformeaz pe parcursul solicitrii, iar pe monitor se observ trasarea curbei caracteristice a epruvetei;

dup producerea ruperii probei se nregistreaz curba n computerul mainii, apoi se scot bucile de epruvet din main i se msoar dimensiunile finale - diametrul du din seciunea de rupere i distana Lu dintre reperele extreme de pe epruvet, atunci cnd bucile rupte sunt aezate cap la cap pentru reconstituirea probei.

Anexa Proiectarea piesei in Catia

BIBLIOGRAFIE

1. Donald R.Askeland The science and engineering of materials, Wadsworth, 1984, USA.

2. Yu M. Lakhtin Engineering physical metallurgy and heat tretment, MIR, 1979, URSS.

3. C.Atanasiu si col ncercarea materialelor ncercri distructive ale metalelor, ET 1982, Bucureti, Romania.

4. D.A.Porter, K.E.Easterling Phase Transformations in metals and alloys, International student edition, 1981, Oxford, U.K.

5. Ionelia Voiculescu, Corneliu Rontescu, Ileana Liliana Dondea, Metalografia

mbinrilor Sudate, Editura SUDURA, Timisoara, 2010, ISBN 978-973-8359-58-1. 6. N. Geru si col. Materiale metalice. Structura, Proprietati, utilizri, Editura tehnic,

Bucureti, 1985 7. Constantin Gheorghe, Mihai Stefanescu ndreptar de metale. Obinere,

Proprietati, utilizari, Editura Tehnica Bucureti, 1997.