Statyczna próba rozciągania

Statyczna próba rozciągania – podstawowa metoda badań wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych.

Badanie polega na osiowym rozciąganiu znormalizowanej próbki ze stałą szybkością w temperaturze pokojowej (10–35 °C), obniżonej lub podwyższonej, aż do jej zerwania. Próbką jest odpowiednio przygotowany pręt o przekroju okrągłym, prostokątnym, kwadratowym lub sześciokątnym o znormalizowanych wymiarach^[1]. Próbę przeprowadza się wykorzystując urządzenie zwane zrywarką. W czasie próby rejestruje się zależność siły rozciągającej od przyrostu długości próbki. Gotowy wykres, będący wynikiem takiego pomiaru, jest przedstawiony jako nominalne naprężenie σ₁ w funkcji nominalnego odkształcenia $\varepsilon _{n}.$ Nominalne naprężenie σ₁ jest to stosunek przyłożonej siły rozciągającej F do pola przekroju początkowego S₀. Wydłużenie nominalne $\varepsilon _{n}$ to stosunek wydłużenia bezwzględnego Δl do długości początkowej l₀,

gdzie:

\Delta l=l_{x}-l_{0},

l_{x}

– długość próbki obciążonej siłą rozciągającą F,

l_{0}

– długość próbki nieobciążonej,

Przykładowy wykres naprężenie-odkształcenie (dla próbki z materiału ciągliwego) pokazuje rysunek po lewej. Początkowo wzrost przykładanej siły powoduje liniowy wzrost odkształcenia, aż do osiągnięcia granicy proporcjonalności R_H. W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke’a. Następnie po osiągnięciu wyraźnej granicy sprężystości R_sp materiał przechodzi w stan plastyczny, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Jeżeli niemożliwe było określenie wyraźnej granicy sprężystości to wyznacza się umowną granicę sprężystości R_0,05%. Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia (płynięcie materiału), aż do wystąpienia zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest wytrzymałością na rozciąganie R_m. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu zrywającym R_u. Wykres przedstawia dwie linie. Przerywana pokazuje naprężenie rzeczywiste σ₂ obliczane przy uwzględnieniu przewężenia próbki. Linia ciągła σ₁ pokazuje stosunek siły do przekroju początkowego. Czyni się tak, by zaobserwować wartość R_m, będącą lokalnym maksimum krzywej. Ten ogólny przypadek znacznie różni się dla różnych materiałów. Przykładowo materiały kruche nigdy nie przechodzą w stan plastyczny, lecz wcześniej ulegają zerwaniu. Dla wielu materiałów granica plastyczności jest trudna do określenia, gdyż nie istnieje wyraźnie przejście z zakresu sprężystego do plastycznego. Wyznacza się wtedy umowną granicę plastyczności R_0,2%. W przypadku wystąpienia widocznego płynięcia badanego materiału wyznacza się górną R_eH i dolną R_eL granicę plastyczności.