Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

 

BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH METALI

          Wiadomości podstawowe

I.Własności mechaniczne materiałów konstrukcyjnych.

Mechanika jest nauką zajmującą się badaniem ogólnych praw ruchu ciał materialnych, ich

 odkształceniami i zdolnościami do przenoszenia obciążeń. Podmiotem rozważań w 

mechanice są wiec ciała materialne posiadające szereg własności fizycznych i chemicznych. 

Istotne z nich dla mechaniki nazywane są własnościami mechanicznymi. Do 

najważniejszych własności mechanicznych materiałów używanych w technice zalicza się: wytrzymałość, sprężystość, plastycznych.

Wytrzymałość jest to granica oporu stawianego siłom zewnętrznym przez siły wewnętrzne 

ciała stałego.

Sprężystość - to własności ciał materialnych polegająca na odzyskiwaniu pierwotnego 

kształtu i wymiarów po usunięciu sił zewnętrznych wywołujących to odkształcenie.

Plastyczność - to własność ciał materialnych polegająca na osiągnięciu odkształceń 

trwałych pod działaniem sił zewnętrznych

Odkształcenia sprężyste i plastyczne wzajemnie się nie wykluczają. Najczęściej już przy 

małych obciążeniach pewna część odkształceń ma charakter trwały, lecz jest bardzo mała w 

stosunku do odkształcenia sprężystego. Przy większych obciążeniach odkształcenie 

plastyczne jest znaczne. Materiały o takich własnościach nazywane są sprężysto - 

plastycznymi (elasto - plastycznymi );należą do nich najczęściej stosowane tworzywa 

techniczne. Materiały, w których plastyczność występuje w bardzo małym stopniu, noszą 

nazwę materiałów kruchych albo sprężysto - kruchych, jeżeli przed zniszczeniem 

materiały posiadają zdolność do znacznych odkształceń sprężystych.

Wyszczególnionych własności mechanicznych - wytrzymałości, sprężystości, plastyczności i kruchości, nie należy traktować jako charakterystyczną niezmienną własność materiału, lecz jako wynik działania różnorodnych czynników: temperatury, kształtu próbki, rodzaju 

obciążeń ( statyczne, dynamiczne ), stanu naprężeń ( prosty, złożony ), czasu trwania 

obciążenia. Z tego względu określając własności mechaniczne materiałów należy odnosić je do pewnej temperatury, znormalizowanych próbek i określonych obciążeń działających w określonym czasie. Ze względu na sposób wykorzystania własności mechanicznych 

materiałów, dzieli się je na dwie grupy: technologiczne i wytrzymałościowe.

Własności technologiczne określają przydatność materiału do ściśle określonych celów 

praktycznych lub do odpowiedniej obróbki. Próby technologiczne są w zasadzie próbami 

jakościowymi, sprowadzającymi się do bezpośredniej obserwacji wyników działania siły i 

stwierdzenia , czy określony proces technologiczny w danych warunkach da się 

przeprowadzić. Często stosowane są jako próby odbiorcze materiałów w postaci 

półfabrykatów takich jak blachy, druty, taśmy, rury. Do najczęściej stosowanych prób 

technologicznych zalicza się: próby tłoczności blach, przeginania drutu i taśm, skręcania 

drutów, zginania płaskowników, spęczania prętów, nawijania sprężyn, spłaszczania i 

roztłaczania rur.

Własności wytrzymałościowe określają za pomocą wskaźników wytrzymałościowych 

przydatność materiałów do celów konstrukcyjnych i produkcyjnych. Umożliwiają 

porównywanie własności różnych materiałów i obliczanie przewidywanych odkształceń i 

nośności konstrukcji w toku ich projektowania. Próby wytrzymałościowe są w zasadzie 

próbami ilościowymi, gdyż dostarczają danych liczbowych wskaźników takich jak: granica 

sprężystości, granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, ścinanie, 

skręcanie i zginanie, trwałość, stałe sprężyste materiału ( E,G ), wydłużenie i przewężenie 

plastyczne próbki. Dla spełnienia warunku porównywalności wyników prób, sposoby ich 

przeprowadzania muszą być ściśle określone i przestrzegane. Podstawowe próby zarówno 

o charakterze wytrzymałości, jak i technologicznym są znormalizowane przez POLSKI 

KOMITET NORMALIZACYJNY. W szczególnych przypadkach sposoby badania 

materiałów określone są warunkach technicznych odbioru lub w normach resortowych, 

ustalonych przez poszczególne zakłady przemysłowe lub resorty gospodarki narodowej. 

II.Badania mechaniczne.

Przedmiotem badań mechanicznych są zjawiska występujące w ciałach materialnych ( 

układach mechanicznych ) poddanych obciążeniu siłami zewnętrznymi. Są to najczęściej siły działające na powierzchnie ciała ( ciśnienia, siły skupione, momenty ), ale również mogą być nimi siły bezwładności. Obciążenia mogą być stałe lub mogą się zmieniać w czasie. Jeżeli wzrost obciążenia zachodzi dostatecznie powoli, tak że można pominąć wpływ sił bezwładności, to takie obciążenie nazywa się statycznym. W przeciwnym przypadku obciążenie jest dynamiczne : udarowe lub okresowo - zmienne. Obciążenia udarowe charakteryzują się znacznymi przyśpieszeniami i wartościami sił zmieniającymi się w bardzo krótkim czasie. Przykładem mogą być zagadnienia zderzenia się ciał materialnych, np. w procesie kucia. Obciążenia okresowo - zmienne lub tylko przemienne wywołują zmęczenie materiałów.

Zależnie od charakteru obciążenia rozróżnia się badania ( próby ): statyczne i 

dynamiczne. Próby statyczne mogą być doraźne, jeżeli czas obciążenia trwa od kilku minut 

do kilku godzin lub długotrwale, trwające w niektórych przypadkach nawet dziesiątki lat. 

Typowymi próbami doraźnymi są statyczne próby rozciągania i ściskania, a próbami 

długotrwałymi są próby pełzania; próba wytrzymałości trwałej.

Badania mechaniczne można podzielić na bezpośrednie i pośrednie. Badania bezpośrednie realizowane są na obiektach rzeczywistych, a pośrednie na modelach i próbkach. Celem badań bezpośrednich jest sprawdzenie poprawności obliczeń, jakości materiału (wykrycie ewentualnych wad ) oraz wykonania. Są one często niezbędne, gdyż jak wiadomo zależność pomiędzy wytrzymałością gotowej części konstrukcyjnej, a wytrzymałością materiałów w próbce, zwłaszcza przy obciążeniu zmiennym jest dość skomplikowana i możliwa do określenia z technicznie wystarczającą dokładnością jedynie w prostych i bardziej typowych przypadkach. Badania bezpośrednie gotowych wyrobów powinny być w miarę możliwości badaniami nieniszczącymi, którymi najczęściej są: próby przeciążenia, próby ciśnieniowe, pomiary tensometryczne, metody kruchych pokryć, defektoskopia ultradźwiękowa, rentgenograficzna i magnetyczna oraz inne. W wielu przypadkach badania dużych elementów technicznych zastępuje się badaniem modeli. Czasem rodzaj badań ( np. elastooptyka ) wymaga specjalnych materiałów, z których muszą być wykonane elementy. Doświadczenia na takich elementach muszą być 

przeprowadzone w specjalnych warunkach, gwarantujących pełne podobieństwo modelu i 

obiektu. Istnieje dość szeroko rozbudowana teoria podobieństwa, która określa jak należy 

dobrać wartości poszczególnych wielkości fizycznych w modelu, aby uzyskać 

podobieństwo techniczne.

Do badań pośrednich prostych elementów konstrukcyjnych, a w szczególności do badań 

własności mechanicznych materiałów używa się próbek. Próbką jest materiał o określonym kształcie i wymiarach przeznaczony do bezpośredniego wykonania na nim próby. W nielicznych przypadkach próbką może być półwyrób lub wyrób, np. odcinek łańcucha, liny, sprężyny, rury o małych średnicach. próbki wykonuje się z tzw. odcinków próbnych. Pobieranie odcinków próbnych materiału musi zapewnić właściwą ocenę jakości lub przydatności znacznych partii materiału.

Sposób pobierania odcinków próbnych nie może zmieniać własności materiału. Nie można 

ustalić ogólnej reguły, ile materiału należy użyć do badań i z jakiego miejsca należy pobrać 

odcinki próbne. Zależy to przede wszystkim od przeznaczenia badanego materiału lub 

przedmiotu oraz od fazy i sposobu produkcji. Z tego powodu kontrola produkcji oraz 

odbiorcy kierują się wieloma ścisłymi przepisami.( PN, NR, WT ), ustalającymi w każdym 

przypadku nie tylko rodzaj i liczbę próbek, lecz również sposób i miejsce ich pobierania, w zależności od rodzaju badanego materiału lub wyrobu. Wykonane z odcinków próbnych 

próbki mogą mieć różne kształty i z różną dokładnością mogą być wykonane, zależy to od 

zamierzonego sposobu obciążenia. Z zasady dąży się do nadawania próbką jak 

najprostszych kształtów, np. walców, prostopadłościanów. Dla podstawowych rodzajów 

prób, próbki są znormalizowane.

Posługiwanie się próbkami wykonanymi z odcinków próbnych, opiera się na założeniu, że 

materiał w całej swej masie jest jednorodny. Założenie to jest słuszne tylko częściowo, gdyż w praktyce nie można ręczyć na ogół za jednorodność materiału, np. za taką samą 

strukturą, czy za jednakowy rozkład zanieczyszczeń. Wchodzi więc tu w grę znaczenie 

przypadkowości i losowości w wyborze przedmiotów przeznaczonych do badania, które 

mają zapewnić przeciętną otrzymanych wyników, zgodną z przeciętnymi całości badanego 

materiału.