Przewężenie procentowe jest jednym z podstawowych parametrów wyznaczanych podczas próby rozciągania materiałów. Określa stopień zmniejszenia pola przekroju poprzecznego próbki w miejscu jej zerwania i stanowi ważny wskaźnik ciągliwości oraz plastyczności materiału.
Parametr ten jest szeroko wykorzystywany w wytrzymałości materiałów, inżynierii materiałowej oraz kontroli jakości wyrobów metalowych. W połączeniu z wydłużeniem względnym pozwala ocenić zachowanie materiału podczas odkształceń plastycznych.
Definicja przewężenia procentowego
Przewężenie procentowe jest miarą zmniejszenia pola przekroju poprzecznego próbki po jej zerwaniu w stosunku do pola początkowego.
Oznacza się je symbolem:
i wyraża w procentach [%].
Im większa wartość przewężenia, tym większa zdolność materiału do odkształceń plastycznych przed zniszczeniem.
Wzór na przewężenie procentowe
Przewężenie procentowe oblicza się według zależności:
gdzie:
- – przewężenie procentowe [%],
- – początkowe pole przekroju poprzecznego próbki,
- – najmniejsze pole przekroju w miejscu zerwania.
Istota zjawiska
Podczas rozciągania próbki materiał początkowo odkształca się równomiernie na całej długości pomiarowej. Po osiągnięciu maksymalnej siły rozciągającej odkształcenia zaczynają koncentrować się w jednym miejscu, tworząc charakterystyczne przewężenie, zwane szyjką.
W tej strefie następuje intensywny wzrost odkształceń plastycznych, aż do całkowitego zerwania próbki.
Powstawanie szyjki
Szyjka jest lokalnym zwężeniem przekroju próbki powstającym w końcowej fazie próby rozciągania.
Proces jej tworzenia obejmuje:
- równomierne odkształcenie materiału,
- osiągnięcie maksymalnej siły,
- lokalizację odkształceń,
- szybki rozwój przewężenia,
- zerwanie próbki.
Im bardziej plastyczny materiał, tym wyraźniejsze jest przewężenie.
Wyznaczanie przewężenia
Po zakończeniu próby rozciągania wykonuje się pomiar najmniejszego pola przekroju w miejscu pęknięcia.
Do wyznaczenia przewężenia niezbędne są:
- początkowe pole przekroju próbki,
- końcowe pole przekroju po zerwaniu.
Na podstawie tych wartości oblicza się przewężenie procentowe zgodnie z odpowiednim wzorem.
Przykład obliczeniowy
Próbka posiada początkowe pole przekroju:
Po zerwaniu zmierzono minimalne pole:
Przewężenie wynosi:
Oznacza to, że pole przekroju zmniejszyło się o 65% przed zniszczeniem materiału.
Zależność od rodzaju materiału
Wartość przewężenia zależy od właściwości mechanicznych materiału.
Materiały ciągliwe osiągają wysokie wartości przewężenia, natomiast materiały kruche ulegają zniszczeniu bez wyraźnego zmniejszenia przekroju.
Typowe wartości przewężenia
| Materiał | Typowe przewężenie [%] |
|---|---|
| Stal niskowęglowa | 50–75 |
| Stal konstrukcyjna | 40–70 |
| Aluminium | 35–70 |
| Miedź | 60–80 |
| Mosiądz | 40–65 |
| Żeliwo | 0–5 |
| Ceramika | ≈0 |
| Beton | ≈0 |
Podane wartości mają charakter orientacyjny i mogą różnić się w zależności od składu materiału oraz technologii jego wytwarzania.
Przewężenie a wydłużenie względne
Przewężenie procentowe często analizowane jest razem z wydłużeniem względnym.
| Parametr | Oznaczenie | Charakterystyka |
|---|---|---|
| Wydłużenie względne | określa zmianę długości próbki | |
| Przewężenie procentowe | określa zmianę pola przekroju |
Oba parametry opisują plastyczność materiału, jednak odnoszą się do różnych aspektów odkształcenia.
Czynniki wpływające na przewężenie
Na wartość przewężenia wpływają:
- skład chemiczny materiału,
- mikrostruktura,
- obróbka cieplna,
- obróbka plastyczna,
- temperatura badania,
- prędkość odkształcania.
Zmiana któregokolwiek z tych czynników może znacząco wpłynąć na wynik próby.
Znaczenie w budownictwie
Przewężenie procentowe jest istotnym parametrem podczas oceny jakości:
- stali zbrojeniowej,
- stali konstrukcyjnych,
- elementów spawanych,
- wyrobów hutniczych.
Materiały o większym przewężeniu wykazują lepszą zdolność do przenoszenia odkształceń bez nagłego zniszczenia.
Znaczenie w budowie maszyn
W konstrukcjach maszyn przewężenie procentowe wykorzystuje się do oceny materiałów przeznaczonych na:
- wały,
- osie,
- śruby,
- sworznie,
- elementy przenoszące obciążenia dynamiczne.
Parametr ten ma wpływ na trwałość oraz bezpieczeństwo eksploatacji części maszyn.
Badania laboratoryjne
Przewężenie procentowe wyznacza się zgodnie z procedurami określonymi w odpowiednich normach dotyczących próby rozciągania metali.
Badanie wykonywane jest na uniwersalnych maszynach wytrzymałościowych, które umożliwiają dokładny pomiar siły oraz odkształceń próbki.
Znaczenie inżynierskie
Przewężenie procentowe stanowi jeden z najważniejszych wskaźników plastyczności materiałów. Pozwala ocenić zdolność materiału do lokalnych odkształceń przed zniszczeniem oraz jest wykorzystywane przy doborze materiałów do konstrukcji narażonych na zmienne i dynamiczne obciążenia.
Podsumowanie
Przewężenie procentowe jest parametrem określającym stopień zmniejszenia pola przekroju poprzecznego próbki po jej zerwaniu. Wielkość ta stanowi ważny wskaźnik ciągliwości i plastyczności materiałów oraz jest powszechnie wykorzystywana w wytrzymałości materiałów, badaniach laboratoryjnych i projektowaniu konstrukcji. Im większa wartość przewężenia, tym większa zdolność materiału do odkształceń plastycznych przed zniszczeniem.
