Przewężenie procentowe – miara plastyczności materiału

Przewężenie procentowe jest jedną z podstawowych wielkości określających zdolność materiału do odkształceń plastycznych. Parametr ten wyznacza się najczęściej podczas próby rozciągania i wykorzystuje do oceny ciągliwości metali oraz innych materiałów konstrukcyjnych.

Wraz z wydłużaniem próbki podczas rozciągania następuje stopniowe zmniejszanie jej przekroju poprzecznego. W końcowej fazie badania proces ten prowadzi do powstania lokalnego przewężenia, zwanego szyjką. Wielkość tego zjawiska opisuje właśnie przewężenie procentowe.

Definicja przewężenia procentowego

Przewężenie procentowe jest stosunkiem zmniejszenia pola przekroju poprzecznego próbki po zerwaniu do pola przekroju początkowego.

Wielkość tę oznacza się symbolem:$$Z$$

i wyraża w procentach.

Wzór na przewężenie procentowe

Przewężenie procentowe oblicza się ze wzoru:$$Z= \frac{S_0-S_u}{S_0} \cdot 100\%$$

gdzie:

• $Z$ – przewężenie procentowe [%],
• $S_0$ – początkowe pole przekroju próbki,
• $S_u$​ – najmniejsze pole przekroju w miejscu zerwania.

Znaczenie fizyczne

Przewężenie procentowe określa zdolność materiału do lokalnych odkształceń plastycznych przed zniszczeniem.

Duża wartość przewężenia oznacza, że materiał może ulegać znacznym deformacjom bez utraty ciągłości.

Mała wartość przewężenia świadczy o kruchym charakterze zniszczenia.

Powstawanie przewężenia

Podczas próby rozciągania materiał przechodzi przez kolejne etapy:

1. odkształcenie sprężyste,
2. odkształcenie plastyczne równomierne,
3. powstanie szyjki,
4. zerwanie próbki.

Po osiągnięciu maksymalnej siły rozciągającej deformacja zaczyna koncentrować się w jednym obszarze próbki, powodując lokalne zmniejszenie przekroju.

Szyjka materiału

Obszar największego zmniejszenia przekroju nazywany jest:$$\text{szyjką}$$

W miejscu tym występują największe odkształcenia plastyczne i najczęściej dochodzi do zerwania próbki.

Wyznaczanie przewężenia

Po zakończeniu próby rozciągania mierzy się:

• początkowy przekrój próbki,
• minimalny przekrój w miejscu zerwania.

Na tej podstawie oblicza się wartość przewężenia procentowego.

Przykład obliczeniowy

Dla próbki o polu przekroju:$$S_0=100\ mm^2$$

oraz przekroju po zerwaniu:$$S_u=40\ mm^2$$

przewężenie wynosi:$$Z= \frac{100-40}{100} \cdot100\%$$ $$Z=60\%$$

Oznacza to, że pole przekroju zmniejszyło się o 60%.

Przewężenie a wydłużenie

Przewężenie procentowe często analizuje się razem z wydłużeniem względnym.

Oba parametry służą do oceny plastyczności materiału.

Materiały o dużym przewężeniu

Wysokie wartości przewężenia osiągają:

Materiały te wykazują dużą ciągliwość.

Materiały o małym przewężeniu

Niskie wartości przewężenia występują dla:

• żeliwa,
• ceramiki,
• szkła,
• betonu.

W materiałach kruchych przewężenie może być bliskie zeru.

Znaczenie w ocenie plastyczności

Przewężenie procentowe jest jednym z podstawowych wskaźników plastyczności materiału.

Duże przewężenie oznacza:

• wysoką ciągliwość,
• zdolność do pochłaniania energii,
• większe bezpieczeństwo konstrukcji.

Małe przewężenie wskazuje na zwiększoną skłonność do kruchego pękania.

Wpływ temperatury

Wraz ze wzrostem temperatury zwykle obserwuje się:

• wzrost przewężenia,
• większą plastyczność materiału,
• większą zdolność do deformacji.

Obniżenie temperatury może powodować spadek przewężenia i wzrost kruchości.

Wpływ obróbki materiału

Na wartość przewężenia wpływają:

• skład chemiczny,
• obróbka cieplna,
• umocnienie odkształceniowe,
• wielkość ziaren.

Materiały po zgniocie na zimno zwykle wykazują mniejsze przewężenie niż materiały wyżarzone.

Zastosowanie w budownictwie

Przewężenie procentowe wykorzystuje się podczas oceny:

• stali zbrojeniowej,
• stali konstrukcyjnej,
• materiałów spawalniczych,
• elementów mostowych.

Parametr ten pozwala określić zdolność materiału do pracy po przekroczeniu granicy plastyczności.

Zastosowanie w budowie maszyn

W konstrukcjach maszyn przewężenie procentowe służy do:

• doboru materiałów na wały,
• oceny jakości obróbki cieplnej,
• kontroli wyrobów hutniczych,
• badań materiałowych.

Znaczenie inżynierskie

Przewężenie procentowe stanowi ważny wskaźnik zachowania materiału podczas zniszczenia. Pozwala ocenić jego ciągliwość, odporność na kruche pękanie oraz zdolność do absorpcji energii podczas odkształceń plastycznych.

Podsumowanie

Przewężenie procentowe jest miarą zmniejszenia pola przekroju próbki w miejscu zerwania podczas próby rozciągania. Parametr ten służy do oceny plastyczności materiałów i stanowi jeden z podstawowych wskaźników wykorzystywanych w wytrzymałości materiałów oraz inżynierii materiałowej. Wysokie wartości przewężenia świadczą o dużej ciągliwości materiału, natomiast niskie wskazują na jego kruchy charakter.