Dla materiałów kruchych, które znacznie lepiej reagują na ściskanie aniżeli na rozciąganie, podstawowa próbą badania własności mechanicznych jest próba właśnie ściskania.

Do statycznej próby ściskania używa się próbek w kształcie walca:

Jej celem jest wyznaczenie:

  • modułu sprężystości podłużnej przy ściskaniu,
  • umownej granicy sprężystości,
  • umownej granicy plastyczności.

Umowna granice plastyczności wyznaczana jest dla materiałów, które nie wykazują wyraźnej granicy plastyczności. Materiały plastyczne podobnie jak podczas statycznej próby na rozciąganie – przy ściskaniu posiadają również granicę plastyczności. Obliczenie takiej granicy przy ściskaniu polega na wyznaczeniu siły, przy której próbka ulega skróceniu bez wzrostu obciążenia. Zjawisko to daje się widzieć na tarczy lub na wykresie ściskania wykonywanego przez urządzenie samorejestrujące. Dla materiałów plastycznych próbę na ściskanie przeprowadza się do momentu „płynięcia”, gdy dalsze ściskanie nie ma praktycznego zastosowania. Materiały kruche natomiast podczas ściskania nie wykazują granicy plastyczności, ponieważ ulęgają zniszczeniu.

Średnica zewnętrzna próbki do zależy od wymiarów i kształtu materiału, z którego pobrano odcinki prób a także od maksymalnej siły ściskającej maszyny wytrzymałościowej. Polska Norma PN–57/H–04320 zaleca stosowanie próbek o średnicy do równiej 10, 20 lub 30 [mm]. Wysokość powinna zazwyczaj wynosić 1,5do. Próbkę zwykle wykonuje się z wyrobu lub półwyrobu przez obróbkę mechaniczną – można tu zastosować również prasowanie lub odlanie. Wycinanie próbek należy prowadzić sposobem mechanicznym, należy unikać wycinania próbek palnikiem acetylenowym, a w przypadku takiej konieczności należy przewidzieć odpowiednie naddatki na obróbkę mechaniczna, eliminującą strefy przegrzane. Końcowa obróbka próbek powinna być wykonana za pomocą skrawania i szlifowania. Próbki do badan powinny mieć płaszczyzny czołowe równoległe i prostopadłe do osi próbki.

Konstrukcja maszyny powinna zapewniać spełnienie następujących warunków:

  • zapewniać osiowe obciążenie próbki (poprzez konstrukcje uchwytów),
  • zapewniać wzrost obciążenia w sposób ciągły, jednostajny, bez uderzeń i skoków, z możliwością płynnej regulacji szybkości przyrostu odkształcenia,
  • zapewnić utrzymanie stałego obciążenia przez okres co najmniej 30 sekund.

Powyższym warunkom odpowiadają maszyny o napędzie mechanicznym i hydraulicznym.

W przypadku ściskania metalu plastycznego w początkowym okresie ściskania, skrócenia próbki są proporcjonalne do naprężeń i podobnie jak przy rozciąganiu występuje granica sprężystości i granica proporcjonalności.

 

Wykres ściskania w przypadku metali plastycznych

Na wykresie krzywej ściskania występuje najpierw prostoliniowy odcinek OA, wyrażający liniową zależność pomiędzy siłą a odkształceniem. Punkt A odpowiada sile, przy której pojawia sie granica proporcjonalności materiału, która w praktyce utożsamiana jest z granicą sprężystości. Po przekroczeniu tej granicy na wykresie pojawia się niewielki odcinek, gdzie wzrost deformacji jest szybszy. W pewnym momencie zauważono zatrzymanie się wskazówki siłomierza, a nawet siły obciążającej przy szybszym wzroście odkształcenia. Zjawisko to można obserwować na wykresie ściskania (punkt B). Naprężenia odpowiadające punktowi B wykresu nazywamy granicą plastyczności.

Zwiększenie siły obciążającej po przekroczeniu granicy plastyczności powoduje coraz wyraźniejsze pęcznienie próbki, objawiające się stałym wzrostem przekroju poprzecznego.

Krzywa wykresu ściskania szybko zaczyna wzrastać i asymptotycznie dążyć do prostej poprowadzonej równolegle do osi obciążeń w punkcie odpowiadającym skróceniu równemu pierwotnej wysokości próbki. Pomimo spłaszczenia próbki prawie „na maksimum nie widać na niej oznak zniszczenia Tylko dla niektórych metali – to jest mniej plastycznych na powierzchni bocznej pojawiają się drobne rysy. Przyczyna tych pęknięć są często naprężenia rozciągające, a nieściskające, które powstają wskutek przyjmowania przez próbkę kształtu beczkowatego. Pęknięcia te nie mogą być podstawą do wyznaczenia wytrzymałości na ściskanie. Wytrzymałości na ściskanie dla metali plastycznych nie wyznacza się, ponieważ próbki dla tych metali nie ulegają zniszczeniu.

Próbę ściskania metali plastycznych najczęściej przerywa się z powodu wyczerpania zakresu maszyny wytrzymałościowej. W przypadku ściskania metalu kruchego jak żeliwo czy hartowana stal – lub betonu czy szkła, w początkowym okresie ściskania występuje najpierw prawie prostoliniowy odcinek, który jest lekko odchylony od osi sił. Następnie wykres coraz bardziej zakrzywia się, urywając się nagle w pewnym punkcie z powodu zniszczenia próbki. Kształt próbki bezpośrednio przed zniszczeniem jest lekko beczkowaty. Świadczy to o istnieniu niewielkich odkształceń plastycznych. Jednak materiały kruche nie wykazują granicy plastyczności. Niszczenie ściskanego materiału kruchego rozpoczyna się u podstaw próbek. W przypadku kruszenia się części bocznych odsłaniają się nienaruszone części próbki w postaci stoków. Większość metali i ich stopów doznaje podczas ściskania pęknięcia poślizgowego (ścięcie). Pękniecie poślizgowe poprzedzone jest odkształceniami trwałymi wywołanymi naprężenia mi stycznymi występującymi w przekrojach nachylonych pod katem 45° do kierunków naprężeń głównych i zachodzi pod kątem zbliżonym do kąta nachylenia tych przekrojów. Metalami wykazującymi pęknięcia poślizgowe jest np. mosiądze. Niektóre metale i ich stopy ulęgają podczas próby ściskania pęknięciu rozdzielczemu. Pękniecie to zachodzi w przekrojach prostopadłych do kierunków głównych wydłużenia. Wyniki prób na ciskanie są porównywalne na próbkach geometrycznie podobnych.

O autorze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *