Caratteristiche sforzo-deformazione degli acciai

Prove di tensione di campioni di acciaio

Lo scopo di questo esperimento è:

• Far conoscere agli studenti il test di laboratorio standard per determinare le proprietà di trazione dei materiali metallici in qualsiasi forma (ASTM E8),
• Confrontare le proprietà dei materiali metallici di ingegneria comunemente usati (acciaio strutturale e alluminio), e
• Per confrontare le proprietà testate dei metalli con i valori pubblicati.

Si presume che sia disponibile una macchina di prova universale (UTM) con controllo della deformazione e relative capacità di test e acquisizione dati. Seguire le procedure passo-passo raccomandate per eseguire prove di trazione fornite dal produttore dell'UTM, prestando particolare attenzione alle linee guida di sicurezza. Non procedere se sei incerto su qualsiasi passaggio e chiarisci eventuali dubbi con il tuo istruttore di laboratorio, poiché puoi ferire gravemente te stesso o coloro che ti circondano se non segui le dovute precauzioni. Inoltre, assicurarsi di conoscere tutte le procedure di arresto di emergenza e di avere familiarità con il software che esegue la macchina.

La procedura riportata di seguito è generica e ha lo scopo di coprire i passaggi più importanti; ci possono essere deviazioni significative da esso a seconda dell'attrezzatura disponibile.

1. Preparare i campioni:

1. Ottenere provini cilindrici per due acciai, uno laminato a caldo e delicato (come l'A36) e uno laminato duro e freddo (come un C1018).
2. Misurare il diametro del campione di prova con l'avvicinarsi di 0,002 pollici in diverse posizioni vicino al centro utilizzando una pinza.
3. Tenere saldamente il campione e segnare, utilizzando un file, una lunghezza approssimativa di 2 pollici. Nota: contrassegnare attentamente la lunghezza del misuratore in modo che sia chiaramente inciso, ma non così profondo da diventare una concentrazione di stress che può portare alla frattura.
4. Misurare la lunghezza effettiva del misuratore contrassegnata con l'stanza più vicina di 0,002 pollici utilizzando una pinza.
5. Se possibile, installare un estensimetri come descritto nel video JoVE su "Material Constants".
6. Raccogliere tutte le informazioni disponibili sui dati di taratura e sulla risoluzione di tutti gli strumenti utilizzati per aiutare a valutare potenziali errori sperimentali e limiti di confidenza. Queste due questioni sono fondamentali per ottenere risultati significativi, ma esulano dallo scopo di ciò che viene discusso qui.

2. Prova i campioni:

1. Accendere il computer di test e inizializzare il software. Assicurarsi di aver configurato tutte le funzionalità grafiche e di acquisizione dati appropriate all'interno del software. Come minimo, visualizzare la curva stress-deformazione e disporre di display per il carico e la deformazione.
2. Selezionare una procedura di test appropriata all'interno del software compatibile con il protocollo di test ASTM E8. Si noti la velocità di deformazione utilizzata e se vengono utilizzate due velocità, una per l'elastico e una per l'intervallo anelastico. Inoltre, impostare eventuali azioni appropriate nel software (ad esempio, affinché la macchina si fermi al 15% di tensione, in modo da rimuovere in modo sicuro l'estensimetro e registrare il valore massimo di carico raggiunto.).
3. Sollevare manualmente la traversa in modo che l'intera lunghezza del campione si adatti facilmente tra le impugnature. Inserire con cura il campione nelle impugnature superiori a circa l'80% della profondità di presa; allineare il campione all'interno delle impugnature e stringere leggermente, in modo da evitare che il campione cada. Nota: NON stringere l'impugnatura alla massima pressione in questa fase.
4. Abbassare lentamente la traversa superiore. Una volta che il campione si trova a circa l'80% della profondità di presa inferiore, assicurarsi che il campione sia correttamente allineato all'interno delle impugnature inferiori (cioè con le impugnature inferiori nella loro posizione completamente aperta, il campione dovrebbe "galleggiare" nel mezzo dell'apertura dell'impugnatura inferiore). Il disallineamento del campione, che comporterà ulteriori sollecitazioni di flessione e torsione durante il test, è uno degli errori più comuni riscontrati durante l'esecuzione di test di tensione. Se l'allineamento è scarso, lavora con un tecnico per allineare correttamente le impugnature.
5. Applicare un'adeguata pressione laterale al campione attraverso le impugnature per garantire che non si verifichino scivolamenti durante il test. Si noti che ci sarà un piccolo carico assiale a questo punto, poiché il processo di serraggio introduce un precarico nel campione; le macchine di prova possono avere regolazioni software per ridurre al minimo questo precarico. Registrare il valore di precaricamento.
6. Collegare saldamente l'estensimetro elettronico al campione secondo le specifiche del produttore. Nota: le lame dell'estensimetro non devono essere posizionate esattamente sui segni del misuratore sul campione, ma devono essere approssimativamente centrate sul campione.
7. Verificare attentamente di aver eseguito correttamente tutte le procedure fino a questo punto; se possibile, chiedere a un supervisore di verificare se il campione è pronto per il test.
8. Avviare il caricamento per iniziare ad applicare il carico di trazione al campione e osservare la lettura dal vivo del carico applicato sul display del computer. Nota: se il carico misurato non aumenta, il campione sta scivolando attraverso le impugnature e deve essere riattaccato. In questo caso, interrompere il test e riavviare nuovamente dal passaggio 2.3.
9. Qualche tempo prima del guasto del campione, il test verrà automaticamente messo in pausa senza scaricare il campione. A questo punto, rimuovere l'estensimetro. Se il campione si rompe con l'estensimetro in posizione, distruggerai l'estensimetro, un'attrezzatura molto costosa.
10. Riprendere ad applicare il carico di trazione fino al guasto. Al raggiungimento del carico massimo, i carichi misurati inizieranno a diminuire. A questo punto, il campione inizierà il collo e la frattura finale dovrebbe verificarsi all'interno di questa regione del collo attraverso la lacrimazione duttile.
11. Al termine del test, sollevare la traversa, allentare le impugnature superiori ed estrarre il pezzo di campione rotto dall'impugnatura superiore. Una volta rimossa la metà superiore del campione, allentare l'impugnatura inferiore e rimuovere l'altra metà del campione.
12. Registrate il valore al carico di trazione massimo e stampate una copia della curva sollecitazione-deformazione. Salvare i dati registrati digitalmente.
13. Montare con cura le estremità del campione fratturato insieme e misurare la distanza tra i segni del misuratore con l'avvicinarsi di 0,002 pollici. Registrare la lunghezza finale del misuratore.
14. Misurare il diametro del campione alla sezione trasversale più piccola con l'tà più vicina di 0,002 pollici.
15. Documentare il campione fratturato con immagini e diagrammi.

3. Analisi dei dati

1. Calcola l'allungamento % e la riduzione dell'area per ogni tipo di materiale metallico.
   allungamento =
   riduzione della superficie =
2. Descrivere, classificare e registrare la modalità di frattura predominante per ciascun campione.
3. Determinare le proprietà del materiale come descritto in Fig. 2 e 3. Organizzare i dati in un foglio di calcolo in modo tale che la deformazione fino a 0,004 sia data dall'estensimetro e compresa tra 0,004 e 0,15 dall'estensimetro (il limite superiore per l'estensimetro è il valore di deformazione al quale è stato rimosso dalla prova; questo valore cambia a seconda della capacità di deformazione del campione).
4. Utilizzare lo spostamento della traversa e l'allungamento %per stimare la deformazione finale. Se non viene utilizzato un estensimetro, assicurarsi di correggere eventuali slittamenti iniziali dell'estensimetro. Si possono contare i quadrati nel grafico per ottenere la tenacità (area sotto curva stress-deformazione).
5. Utilizzando un libro di testo o un altro riferimento adatto, determinare il modulo elastico, la resistenza allo snervamento e la resistenza finale dei materiali utilizzati. Confrontare i valori pubblicati con i risultati del test.