⚙️ Próba rozciągania stali
Statyczna próba rozciągania materiałów metalowych w temperaturze pokojowej. Wyznaczanie granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia.
Przegląd
Statyczna próba rozciągania jest najważniejszą i najczęściej wykonywaną metodą badania własności mechanicznych metali. Polega na jednoosiowym rozciąganiu próbki o znormalizowanych wymiarach ze stałą prędkością odkształcenia aż do jej zerwania. Na podstawie zarejestrowanej krzywej siła-wydłużenie wyznacza się kluczowe parametry wytrzymałościowe: granicę plastyczności (Re lub Rp0,2), wytrzymałość na rozciąganie (Rm), wydłużenie (A) i przewężenie (Z).
Norma PN-EN ISO 6892-1 określa metodę badania w temperaturze pokojowej (10–35°C) i definiuje trzy procedury kontroli prędkości: A1 (z pętlą sprzężenia zwrotnego na prędkość odkształcenia), A2 (ze stałą prędkością przesuwu trawersy) i B (ze stałą prędkością naprężenia w zakresie sprężystym). Metoda A jest zalecana jako bardziej precyzyjna i powtarzalna.
Wyniki próby rozciągania są podstawą do kwalifikacji stali do odpowiednich gatunków (np. S235, S355 wg PN-EN 10025) oraz oceny przydatności materiału do konkretnych zastosowań konstrukcyjnych. Badanie jest obowiązkowe w atestach hutniczych (świadectwa 3.1 i 3.2 wg PN-EN 10204) oraz w kontroli jakości prętów zbrojeniowych (PN-EN 10080), śrub, blach i rur.
Próbki do badań mogą być płaskie (z blach) lub okrągłe (z prętów), o wymiarach znormalizowanych w zależności od wyrobu. Najczęściej stosuje się próbki proporcjonalne z długością pomiarową L₀ = 5,65√S₀ (krótkie) lub L₀ = 11,3√S₀ (długie).
Zasada metody
Próbka metalowa o znormalizowanych wymiarach mocowana jest w szczękach maszyny wytrzymałościowej i poddawana jednoosiowemu rozciąganiu ze kontrolowaną prędkością odkształcenia. Maszyna rejestruje siłę (tensometr) i wydłużenie (ekstensometr) w sposób ciągły, generując krzywą rozciągania σ-ε. Z krzywej wyznaczane są: górna i dolna granica plastyczności (ReH, ReL) lub umowna granica plastyczności Rp0,2 (przy 0,2% odkształcenia trwałego), wytrzymałość na rozciąganie Rm (maksymalne naprężenie), wydłużenie A (procentowa zmiana długości pomiarowej po zerwaniu) oraz przewężenie Z (procentowa zmiana pola przekroju w miejscu zerwania).
Zastosowania
- Kwalifikacja stali konstrukcyjnej do gatunków (S235, S355, S460)
- Atesty hutnicze — świadectwa odbioru 3.1/3.2 wg PN-EN 10204
- Kontrola jakości prętów zbrojeniowych (PN-EN 10080)
- Badanie śrub, nakrętek i łączników stalowych
- Kontrola odbiorcza blach, rur, kształtowników
- Kwalifikacja technologii spawania (próbki z złączy spawanych)
- Badania naukowe i rozwojowe nowych stopów
- Ekspertyzy awaryjne — analiza przyczyn pęknięć i zniszczeń
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Temperatura badania | 10–35°C (pokojowa) |
| Prędkość odkształcenia (met. A2) | 0,00007 s⁻¹ (do Re) → 0,00025 s⁻¹ (po Re) |
| Klasa ekstensometru | Klasa 1 wg ISO 9513 (dokładność ±1 µm) |
| Długość pomiarowa L₀ | 5,65√S₀ (krótka) lub 11,3√S₀ (długa) |
| Zakres siły maszyny | 50–600 kN (typowo do badań stali) |
| Powtarzalność Rm | ±1% (w obrębie jednego materiału) |
Norma
- Numer normy
- PN-EN ISO 6892-1:2020
- Tytuł (PL)
- Metale — Próba rozciągania — Część 1: Metoda badania w temperaturze pokojowej
- Title (EN)
- Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature
Procedura krok po kroku
1. Przygotowanie próbki
Pobrać próbkę z wyrobu wg normy wyrobowej. Obrabiać mechanicznie do wymiarów znormalizowanych. Nannieść znaczniki długości pomiarowej L₀.
2. Pomiar wymiarów próbki
Zmierzyć szerokość i grubość (próbka płaska) lub średnicę (okrągła) w 3 miejscach. Obliczyć pole przekroju S₀.
3. Zamocowanie próbki
Zamocować próbkę w szczękach maszyny wytrzymałościowej. Zapewnić osiowość (bez mimośrodu). Zamontować ekstensometr.
4. Ustawienie parametrów badania
Wybrać procedurę kontroli prędkości (A1, A2 lub B). Ustawić prędkość odkształcenia: 0,00007 s⁻¹ do granicy plastyczności, potem 0,00025 s⁻¹.
5. Przyłożenie obciążenia wstępnego
Przyłożyć niewielkie obciążenie wstępne (max 5% spodziewanego Re) w celu eliminacji luzu w uchwytach.
6. Rozciąganie — strefa sprężysta
Rozpocząć rozciąganie ze stałą prędkością odkształcenia. Rejestrować siłę i wydłużenie. Obserwować wykreślaną krzywą σ-ε.
7. Przejście przez granicę plastyczności
Zaobserwować plateau plastyczności (ReH/ReL) lub wyznaczyć Rp0,2 z krzywej. Po granicy plastyczności zwiększyć prędkość do 0,00025 s⁻¹.
8. Rozciąganie do zerwania
Kontynuować do momentu zerwania próbki. Zarejestrować maksymalną siłę (→ Rm) i siłę przy zerwaniu.
9. Pomiar wydłużenia po zerwaniu
Złożyć obie części próbki. Zmierzyć długość końcową Lu. Obliczyć: A = (Lu - L₀)/L₀ × 100%.
10. Pomiar przewężenia
Zmierzyć wymiary przekroju w miejscu zerwania. Obliczyć: Z = (S₀ - Su)/S₀ × 100%.
11. Obliczenia i raport
Obliczyć Re (lub Rp0,2), Rm, A, Z. Porównać z wymaganiami normy wyrobowej. Sporządzić sprawozdanie z wykresem rozciągania.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Maszyna wytrzymałościowa (zrywarka) | ZwickRoell Z100/Z250, Instron 5985/8802, MTS Criterion C45 | 150 000–600 000 PLN |
| Ekstensometr kontaktowy | ZwickRoell makroXtens, Instron 2630-series, MTS 634 | 15 000–50 000 PLN |
| Szczęki i uchwyty do próbek | Klinowe hydrauliczne lub mechaniczne, dostosowane do przekroju próbki | 5 000–25 000 PLN/kpl. |
| Suwmiarka / mikrometr | Mitutoyo 293-240, dokładność 0,001 mm — do pomiaru wymiarów próbki | 200–2 000 PLN |
| Oprogramowanie badawcze | ZwickRoell testXpert III, Instron Bluehill Universal | 10 000–40 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Próbki znormalizowane | — | Próbki proporcjonalne płaskie lub okrągłe, obrobione mechanicznie wg PN-EN ISO 6892-1 załącznik B |
| Materiał odniesienia (CRM) | — | Certyfikowany materiał odniesienia do weryfikacji maszyny (np. stal o znanym Rm) |
| Środek do znakowania | — | Rysik lub marker do nanoszenia znaczników długości pomiarowej L₀ |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Maszyna wytrzymałościowa — ryzyko zmiażdżenia przez szczęki hydrauliczne, stosować osłony
- Zerwanie próbki — energia sprężysta, ryzyko wyrzutu fragmentów, stosować osłonę ochronną
- Obróbka próbek — ostre krawędzie metalowe, rękawice ochronne
- Hałas przy zerwaniu — stosować ochronniki słuchu przy dużych przekrojach
- Okulary ochronne obowiązkowe podczas całego badania