Statyczna próba rozciągania - co zdradza o stali?
Artykuł sponsorowany
Krótka odpowiedź: z jednej próbki rozerwanej na maszynie wytrzymałościowej wychodzą cztery liczby, a nie jedna. Granica plastyczności mówi, kiedy stal przestaje wracać do pierwotnego kształtu. Wytrzymałość na rozciąganie - kiedy pęka. Wydłużenie i przewężenie opisują, czy zrobi to z ostrzeżeniem, czy nagle. Dla konstruktora najważniejsza bywa pierwsza, dla służb utrzymania ruchu trzecia.
Atest materiałowy, który przychodzi z hutą, zawiera wyniki badań wykonanych na wytopie. Kiedy element przeszedł obróbkę cieplną, spawanie albo gięcie, właściwości w gotowej konstrukcji mogą być inne niż w materiale wyjściowym. Dlatego próbę powtarza się na próbkach pobranych z wyrobu.
Co dokładnie wychodzi z próby
| Wielkość | Co opisuje | Kiedy decyduje |
|---|---|---|
| Re albo Rp0,2 | granica plastyczności, koniec odkształceń sprężystych | wymiarowanie konstrukcji |
| Rm | wytrzymałość na rozciąganie, największe naprężenie | klasyfikacja gatunku, zapas do zerwania |
| A | wydłużenie po rozerwaniu, w procentach | podatność na gięcie, zachowanie przy przeciążeniu |
| Z | przewężenie przekroju w miejscu zerwania | ocena ciągliwości materiału |
Oznaczenia i warunki prowadzenia próby według PN-EN ISO 6892-1.
Dwa pierwsze wiersze opisują nośność, dwa kolejne sposób, w jaki materiał zawiedzie. Stal o wysokim Rm i niskim wydłużeniu uniesie duże obciążenie, ale pęknie bez widocznego odkształcenia. W konstrukcjach, w których liczy się czas na reakcję, to cecha gorsza niż niższa wytrzymałość. Przebieg próby krok po kroku opisano tutaj: https://tenslab.pl/statyczna-proba-rozciagania.
Dlaczego Re czasem zamienia się w Rp0,2
Stale niskowęglowe mają na wykresie wyraźną półkę plastyczności i wtedy odczytuje się granicę wprost. Stale o podwyższonej wytrzymałości, stale nierdzewne i stopy aluminium przechodzą w zakres plastyczny płynnie, bez charakterystycznego załamania. Dla nich wyznacza się umowną granicę przy trwałym wydłużeniu 0,2 procent i stąd oznaczenie Rp0,2. To nie jest inna wielkość fizyczna, tylko inny sposób odczytu z tego samego wykresu.
Twardość jako badanie uzupełniające
Próba rozciągania niszczy próbkę i wymaga jej pobrania, więc na gotowym elemencie nie zawsze da się ją wykonać. Wtedy sięga się po pomiar twardości, który pozwala ocenić materiał punktowo i prawie bez śladu.
| Metoda | Wgłębnik | Gdzie się sprawdza |
|---|---|---|
| Brinell (HB) | kulka | materiały miękkie i niejednorodne, odlewy |
| Rockwell (HRC) | stożek diamentowy | stal hartowana, szybki pomiar na produkcji |
| Vickers (HV) | piramida diamentowa | cienkie warstwy, strefa wpływu ciepła przy spoinie |
Metody według PN-EN ISO 6506 (Brinell), PN-EN ISO 6508 (Rockwell) i PN-EN ISO 6507 (Vickers).
Vickers ma przy spawaniu szczególne znaczenie, bo pozwala zmierzyć twardość w wąskim pasie strefy wpływu ciepła. Przekroczenie dopuszczalnej twardości w tym miejscu zapowiada kruchość i skłonność do pękania, nawet jeśli sama spoina wygląda poprawnie. Porównanie metod i zakresów stosowania znajdziesz tutaj: https://tenslab.pl/twardosc-stali.
Czy z twardości można wyliczyć wytrzymałość?
Dla stali węglowych istnieją tablice przeliczeniowe wiążące twardość z przybliżoną wytrzymałością na rozciąganie. Daje to orientację, nie wynik badania. W dokumentacji odbiorowej przelicznik nie zastępuje próby rozciągania, bo zależność zmienia się wraz ze składem i stanem obróbki cieplnej.
Przy badaniach zlecanych na zewnątrz warto sprawdzić, czy akredytacja laboratorium obejmuje konkretną normę badawczą - wykaz prowadzi Polskie Centrum Akredytacji, działające na podstawie ustawy z 13 kwietnia 2016 r. o systemach oceny zgodności i nadzoru rynku (Dz.U. 2016 poz. 542).
Ile próbek potrzeba do wiarygodnego wyniku?
Liczbę i miejsce pobrania określa norma wyrobu albo specyfikacja odbiorowa, nie laboratorium. Pojedyncza próbka opisuje jedno miejsce w jednym kierunku, a przy blachach walcowanych wynik wzdłuż i w poprzek kierunku walcowania potrafi się różnić.
Czym różni się próbka proporcjonalna od nieproporcjonalnej?
Proporcjonalna ma długość pomiarową powiązaną z polem przekroju określoną zależnością, dzięki czemu wyniki wydłużenia są porównywalne między próbkami o różnych wymiarach. Nieproporcjonalna ma długość pomiarową ustaloną z góry, więc jej wydłużenia nie porównuje się wprost z poprzednią.
Na czym to oparte
- PN-EN ISO 6892-1 - metoda badania w temperaturze pokojowej, wyznaczane wielkości i warunki próby.
- PN-EN ISO 6506, PN-EN ISO 6507, PN-EN ISO 6508 - pomiary twardości metodami Brinella, Vickersa i Rockwella.
- Wykaz akredytowanych laboratoriów badawczych Polskiego Centrum Akredytacji.