Lucrarea A 1

INCERCAREA LA TRACTIUNE A METALELOR

I. CONSIDERATII TEORETICE ASUPRA LUCRARII

Prin definiţie,numim încercare statica a unui material,aceea la care soli-citarea exterioara ,, forţa sau cuplu” se aplica epruvetei lent,progresiv,începând de la zero pana la valoarea finala,in general pana la rupere. Se considera ca forţa se aplica lent in cazul când viteza de încercare nu depaseste ..

Încercarea la tracţiune a metalelor este încercarea la care sunt supuse epruvetele,prin aplicarea in sensul axului longitudinal a unei sarcini progresive de tracţiune.

Prin încercarea la tracţiune se determina o serie de caracteristici mecanice,pe care le vom defini mai jos si care permit a se face o apreciere asupra comportării materialului in solicitările la care va fi supus in timpul solicitării sale.

Pentru un material supus la întindere,se poate face reprezentare grafica a relaţiei ce exista intre eforturile de limitare normale,, ,, ce apar in piesa si deformaţiile specifice ,, ,,.Aceasta relaţie 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 proporţionalitate Limita de proporţionalitate (punctul P) notata cu ,, ,,este valoarea lui,, ,,pana

la care este valabila legea lui Hooke:

După aceasta limita ,creşterea deformaţiei nu mai este proporţionala cu creşterea efortului unitar.

Ea se calculează din relaţia : unde

este forţa la limita de proporţionalitate ;

aria iniţiala a secţiunii epruvetei.

Coeficientul de proporţionalitate E,care leagă efortul unitar , de lungime specificata ,se nu numeşte modul de elasticitate (longitudinal).Pentru otel , valoarea sa este in jurul a 2,1 x 10 .

2 Limita de elasticitate

1

Limita de elasticitate (punctul E) notat cu , este valoarea efortului unitar pana la care materialul romane perfect elastic ,adică după anularea efortului de întindere ,revine exact la lungimea iniţiala ,deci nu are deformaţii permanente .Experienţele nu arata ca in realitate materiale perfect elastice nu exista si ca in totdeauna corpul ,după ce a fost întins , romane cu o deformaţie permanenta. S-a ales , in mod convenţional valoarea deformaţiei permanente ,care sa definească limita de elasticitate ,acesta corespunzând unei deformaţii permanente de 0.25%, obţinuta după descărcarea epruvetei .

3 Limita de curgere

Limita de curgere sau limita deformaţiilor mari , (punctul C) notata cu , este valoarea efortului unic la care epruveta se deformează fata ca sarcina sa mai crească .Pentru unele materiale , acest lucru nu poate fi observat la aparatul indicator al maşinii de încercat ; atunci se determina limita de curgere ,in mod convenţional ,pe baza deformaţiei permanente de 0,26 , obţinuta după descărcarea epruvetei ; in acel caz ea se notează .

4 Rezistenta de rupere

Rezistenta de rupere (punctul R) ,este efortul unitar corespunzător valorii maxime a sarcinii. Ea este egala cu :

Unde : - este forţa maxima înregistrata la încercare ; - este aria secţiunii iniţiale a epruvetei

5 Lungimea specifica la rupere

Punctul unde se produce ruperea (S) este punctul căruia ii corespunde lungimea specifica la rupere .Acesta este raportul intre creşterea lungimii epruvetei intre repere , după rupere ( ) si lungimea iniţiala

Adesea lungimea specifica la rupere se da in procente notându-se cu

2

De asemenea in urma ruperii se poate determina gâtuirea la rupere , care este raportul dintre micşorarea suprafeţei secţiunii transversale a epruvetei după rupere

si suprafaţa iniţiala . Ea se exprima tot in procente :

Atragem atenţia ca efortul unitar in ori ce punct a diagramei se calculează ca raportul dintre forţa P corespunzătoare punctului respectiv si secţiunea iniţiala,chiar daca secţiunea transversala a epruvetei s-a micşorat in cursul încercării din cauza contracţiei transversale. Se foloseşte deci relaţia :

.

Din aceasta cauza,curba caracteristica pe care o obţinem este o curba convenţionala (fig.2),care pe prima porţiune coincide cu cea reala (rezultata din raportul dintre forţa P si suprafaţa contractata A’),dar regiunea de rupere se depărtează tot mai mult de cea reala. A trasa caracteristica reala ar însemna sa măsuram mereu secţiunea epruvetei,deci sa complicam inutil încercarea. Ceea ce ne interesează practic din curba caracteristica,este,in special,partea pana la limita de curgere,unde cele doua curbe coincide.

II. MASINI SI APARATE UTILIZATE

1. Maşina universala de 30 tone acţionează mecanic.

Una din maşinile la care se face încercarea de întindere,prezentata schematic in figura 3, este o maşina universala, ce poate executa mai multe încercări: întindere, compresiune, încovoiere.

Maşina trebuie sa îndeplinească următoarele condiţii. a) Sa reprezinte o centrare perfecta a epruvetei ,astfel ca aplicarea sa se facă

axial .b) Sa asigure o creştere , respectiv descreştere a sarcinii lipsita de şocuri.c) Sa măsoare sarcina aplicata cu o precizie de d) Sa permită menţinerea sarcinii prescrise timp de minimum 30 de secunde

La o maşina de încercat materialele, vom distinge următoarele parţi caracteristice, conform figurii 3

a) Maşina de încercat propriu-zisa cu dispozitiv de fixare a epruvetelor . Ea se compune din :cadru fix 1,prins in fundita maşinii ,cadrul mobil 2,având in partea inferioara fiind

3

legat de cadrul 1 prin cutia de măsurat 14, bara 4 , legata de falca superioara 5 , primeşte forţa de întindere de la epruveta si o transmite prin pistonul 6 la cutia de masurat14.

Pentru fixarea in fălci 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 strânsa intre penele P, care se găsesc in fălcile maşinii de

încercat si care sunt prevăzute cu dinţişori spre a evita lunecarea . In cazul epruvetelor cu cat se foloseşte sistemul de prindere cu doua inele ca in figura 5 .

b) Mecanismul de încărcare sau de producere a forţelor asupra epruvetelor. Acţionarea maşinii se face prin electromotor,care,printr-un cuplaj cu fricţiune, transmite mişcarea la melcul 7. Aceasta angrenează cu o roată melcată 8,care este filetată la interior şi în care intră şurubul 9 . Aceasta este in legătura prin sistemul de bare 10 cu falca inferioară 11 a sistemului de tracţiune sau cu platoul superior 12al sistemului de compresiune.

c ) Mecanismul de măsurare a sarcinii. Sarcina se transmite prin cadrul 2 şi pistonul 6,la cutia de

măsurat 14.Această cutie are un spaţiu plin cu glicerină,limitat prin membrana elastică. Presiunea produsă în urma deformării epruvetei este transmisă de către glicerină la un manometru , care este etalonat astfel ca să arate direct forţa aplicată epruvetei.

Funcţionarea. Când electromotorul acţionează melcul 7,aceasta angrenează roata melcată 8,care se roteşte. Din această cauză,şurubul 9 care este împiedicat să se rotească,primeşte o mişcare de translaţie în jos, astfel că falca 11 va coborî. În felul acesta, ea va solicita la întindere epruveta ce se găseşte între fălcile 5 şi 11. Prin falca 5 ,bara 4,cadrul 2,forţa este transmisă la pistonul 6,care prin intermediul cutiei de măsurat, indică la manometru forţa ce acţionează asupra epruvetei.

In cazul incercariii de compresiune , epruveta se aseaza intre plăcile 12 si 13. Se observa ca acum prin coborârea cadrului 1, epruveta este comprimata . Forţa se transmite prin masa 3, si de aici la fel ca înainte.

2 . Maşina universala de 30 tone , cu acţionare hidraulica

Maşina universala de 30 tone , cu acţionare hidraulica este compusa din :

4

a) Maşina de încercat propriu-zisa cu dispozitivul de fixare a epruvetelor ( I ),este format din : cadrul fix 1,prins cu batiul maşinii si cadrul mobil 2, , care are la partea inferioara masa 3, pentru încercarea la încovoiere si fala inferioara 4,ce poate fi acţionata de mânerul 5,Fala inferioara 6, se ridica sau cobora înainte de fixarea epruvetei ,in funcţie de aşezarea acesteia cu ajutorul şurubului 6, acţionat de electromagnetul 8 forţa se aplica asupra epruvetei , care pentru întindere se prinde intre fălcile 4 si 6, introducând cilindrul 9 uleiul cu ajutorul unei pompe : uleiul apăsa asupra pistonului 10 care prin cadrul 2 supune epruveta la întindere. Pentru compresiune .epruveta se fixează intre fălcile 11 si 12.

a) Pompa de ulei ( II )este formata din electromotorul 13care antrenează pompa cu 12 pistonase 14, Aceasta se alimentează prin conducta 15, din rezervorul 16, si trimite prin conducta 17,uleiul in cilindru 9 al maşinii de încercat . Uleiul care scapă pe inga pistonul 10 se întoarce in rezervorul 16, prin conducta 18. După efectuarea unei încercări , uleiul este readus din cilindrul 9 in rezervorul de ulei 16, prin ventilul 19, Atât 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 măsurat al sarcinii ( III ) este acţionat hidraulic, prin conducta 23 , ce pune in legătura cilindrul 9 cu cilindrul fix 24, in care se mişca pistonul mobil 25.Pistonul mobil acţionează prin sistemul de bare 26, pârghia 28, având la capăt greutatea 29. In funcţie de deplasarea pârghiei se citeşte pe cadranul 30

.forţa cea acţionează asupra epruvetei. Prin schimbarea greutăţii 29,se pot realiza trei scări diferite, cea ce permite mărime preciziei citirea pentru sarcini mici . Cele trei scări sunt:

Greutatea A corespunde scării 0-5000KgGreutăţile A+B corespund sacrii 0-15000KgGreutăţile A+B+C corespund scării 0-30000KgDispozitivul 31 este un amortizor.

Funcţionarea . Se introduce epruveta de încercat la întindere în falca superioară 4 şi se strânge prin apăsarea mânerului 5. Se deplasează apoi falca inferioară 6 cu ajutorul electromotorului 8,până ce, între cele două fălci, este o distanţă corespunzătoare lungimii epruvetei; apoi se prinde epruveta şi în falca inferioară. Dacă există vreo indicaţie asupra mărimii sarcinii de rupere, se aşează greutăţi pe pârghia 28,astfel ca precizia citirii să fie cât mai bună. Se porneşte apoi electromotorul 13 şi se reglează vi5teza de deplasare a fălcii superioare,respectiv se reglează debitul pompei, prin rotirea mânerelor 21 şi 22. După ruperea epruvetei, uleiul care a intrat în cilindrul 9 este readus în rezervorul 16, acţionându-se ventilul 19 cu mânerul 21.

3) Dispozitive de măsurare a deformaţiilor

Pentru măsurarea deformaţiilor epruvetei, se utilizează un dispozitiv, reprezentat schematic în figura 7. Pe epruveta E se prinde dispozitivul, care are ghearele de prindere 1 şi 2 o deschidere o,egală cu lungimea între repere. Când epruveta este supusă la întindere ea se deformează, deci ghearele 1 şi 2 se îndepărtează. Deformaţia se poate citi pe un vernier

gradat cu precizie de mm. Acest

dispozitiv măsoară numai deformaţii relativ mari, ce se produc după apariţia curgerii. Pentru deformaţiile mici, din zona de proporţionalitate,se folosesc tensometre. Distanţa între repere se potriveşte înainte de începerea lucrării, cu ajutorul unei epruvete calibrate sau al unei rigle gradate.

6

III. MATERIALE UTILIZATE ŞI FORMELE EPRUVETELOR

Încercarea se execută pe epruvete de oţel. Epruvetele întrebuinţate la încercările de tracţiune sunt

standardizate după STAS 200-52 şi ele pot avea secţiunea circulară, pătrată sau dreptunghiulară (în acest din urmă caz se recomandă ca raportul între laturile dreptunghiului să nu depăşească valoarea4).

În laturile 8 şi 9 sunt desenele epruvetelor standardizate. Înainte de începerea lucrării, se fac pe epruvetă două semne, A şi B, pe care le numim repere.

Toate dimensiunile indicate în figurile de mai sus sunt date în tabela 1. aceste

dimensiuni reprezintă: o – lungimea iniţială a epruvetei între repere; c – lungimea calibrată a epruvetei;t – lungimea totală a epruvetei;

do – diametrul iniţial al epruvetei de secţiune circulară pe lungimea calibrată;o – secţiunea iniţială a epruvetei, pe lungimea calibrată;

r – raza de racordare la capul epruvetei;

ao şi bo – laturile secţiunii dreptunghiulare la epruveta plată, pe lungimea calibrată.

7

Forma epruvetei

Lungimea de incercare calibrata c mm

Lungimea initiala intre repere o mm

Diametrul x)

mm

Sectiunea initiala o mm

Simbolul pentru lungimea specifica la rupere

Lunga o+ o =200 20 314

Scurta 5 =100

Lunga o+ 10 =11.3 La alegere

Scurta 5 =5.65

x) 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 precizează, ele urmând a corespunde dispozitivului de fixare în maşina de încercat, astfel ca această fixare să se facă în bune condiţii. Prelucrarea epruvetelor se face, prin aşchiere fină, ca să se evite orice modificare structurală a materialului.

În cazul barelor rotunde, laminate, conform STAS 500-49,până la diametrul de 25 mm,ele se pot încerca în stare brută, fără a confecţiona epruvete strunjite.

IV MODUL DE LUCRU

1 Înainte de încercarea lucrăriia). Se măsoară diametrul epruvetei si se fixează reperele ,conform tabelului 1(

=10 sau =5 )

8

b) Se prinde epruveta in falca de sus (5) a maşinii. 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 fălcilor maşinii.

c) Se porneşte maşina

2. In timpul lucrării a) Se aplica asupra epruvetei , prin intermediul mecanismului de încărcare, o sarcina

care sa producă un efort unitar sub limita de elasticitate. Se porneşte maşina si se citeşte deformaţia pe vernierul dispozitivului de măsurare a deformaţiilor. Acesta operaţie se repeta de câteva ori ,la sarcini mărite succesiv.

b) Se măreşte in continuare sarcina urmărind acul manometrului. Se observa cum arata , la început o creştere a sarcinii , pana la un moment dat ,când se manifesta o oprire si apoi o tremurare a acului, cea ce corespunde unei sarcini constante sau chiar micşorare .In aceasta situaţie sa atins limita de curgere a materialului , unde începe sa apară vizibil deformaţiile epruvetei .Se citeşte si se notează deformaţia si forţa la limita de curgere ( ).

c) Se porneşte din nou electromotorul , iar sarcina va creste. Se repeta de câteva ori operaţia de citire a deformaţiei, oprind maşina de câteva oricând se notează forţa (P) si lungimea(l).

d) Se observa apoi ca sarcina creste din ce in ce mai încet. Aceasta înseamnă ca materialul s-a apropiat de punctul R din fig. 1.Se va observa cu atenţie epruveta ,recunoscând apariţia unei gâtuiri,care este premergătoare ruperii materialului. După ruperea epruvetei se opreşte maşina.

3) După terminarea lucrăriia) Se citeşte pe ecranul manometrului forţa maxima atinsa la încercarea , corespunzătoare punctului R.b) Se scoate epruveta din fălcile maşinii, se aseaza pe masa, cap la cap, cele doua bucati si se măsoară lungimea intre repere ( ).Cu ajutorul acesteia , se calculează lungimea specifica la rupere ( ).c) Pentru calculul gâtuirii, este necesara măsurarea secţiunii de rupere a pasei. La epruvetele de secţiune circulara se măsoară diametrul minim după rupere , luând media aritmetica a doua diametre perpendiculare. ( fig.10) :

Iar secţiunea de rupere este :

9

Fig. 10 fig. 11

La epruvetele cu secţiune pătrata sau dreptunghiulara , ale căror secţiunii de rupere nu au muchiile drepte ,suprafaţa secţiunii de se va calcula prin înmulţirea dimensiunilor minime a si b (fig. 11)

V REZULTATELE LUCRARII

1) Calculul caracteristicilor mecanice

10

Caracteristicile mecanice ale materialului încercat se determina pentru fiecare epruveta întocmind tabela 2,după modelul următor :

Pentru calculul se vor utiliza formulele (1) si (9)

Epru

veta

nr.

Dia

metr

ul sa

u

dim

en

siun

ile s

ecţ

iunii

Secţ

iunea iniţ

iala

Lun

gim

ea in

iţia

la in

tre

repe

re

Fun

cţia

lim

ita

de c

urge

re

For

ţa d

e ru

pere

Lim

ita

de c

urge

re

Rez

iste

nta

de r

uper

e

Lun

gim

ea la

rup

ere

intr

e re

pere

Lun

gim

ea s

peci

fica

la r

uper

e

Dia

met

rul s

au d

imen

siun

ile

secţ

iuni

i de

rupe

re ,m

m

Supr

afaţ

a sp

ecif

ica

la r

uper

e

Gât

uire

a la

rup

ere

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

2) Trasarea curbei caracteristicePentru una din epruvete , se va trasa prin puncte curba caracteristica. Pentru

aceasta,după cum sa arătase aplica asupra epruvetei diferite sarcini si se măsoară deformaţiile corespunzătoare.

Pentru obţinerea punctelor , se procedează astfel :cunoscând forţa P aplicata,se calculează efortul unitar corespunzător , cu formula :

Apoi cunoscând lungimea variabila l intre repere se calculează lungimea specifica

11

Aceste rezultate se trec in tabela 3Diametrul iniţial …mmLungimea iniţiala l =…mmSecţiunea iniţiala A =…mm

Fiecare pereche de valori

din

tabela

reprezintă 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 lucrării, asupra curbei caracteristice,a ordinului de mărime a erorilor,a posibilităţilor de eliminare a lor etc.

Nr.citirii

Forţa de întindere P Kg

Efortul unitar Kg/

Lungimea intre repere l mm

Lungimea specifica

% 1 2 3 4 5

12