Vorrichtung zur Bestimmung der Streckgrenze.
Unter der Streckgrenze 00. 2 eines Werkstof :,'es, @es, insbesondere eines Metalles oder einer Legierung versteht man die Spannung, bei welcher der'Werkstoff nach der Entlastung eine bleibende Längenzunahme von 0, 2 I/o erlitten hat. Sie ist eine wichtige Kenngrosse für die Beurteilung eines Werkstoffes. Da bei der iiblichen Messung der Streckgrenze in der Zerrei¯maschine zu der bleibenden Dehnung, die gemessen werden soll, noch die elastische Dehnung hinzutritt, wird bei der Bestimmung der Streckgrenze üblicherweise folgender- massen vorgegangen : Der Zerreissstab wird in der Zerreissmase. hine einem gemessenen Spannungszustand ausgesetzt, entlastet und die bleibende Dehnung geme-ssen.
Darauf wird eine etwas höhere Spannung aufgebracht und wiederum die bleibende Dehnung gemessen.
Dies wird so lange fortgesetzt, bis die bleibende Dehnung von 0, 2 % erreicht ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil grosser Umständ- lichkeit. Ausserdem besteht die Gefahr der ¯berreckung des Werkstoffes durch vor übergehend zu hoch aufgebrachte Spannun gel, was besonders dadurch leicht auftreten kann, da¯ die üblichen Kraftmesseinrichtungen der Zerreissmaschinen eine gewisse Trägheit haben. Es muss ausserdem bei verschiedenen Werstoffen als bedenklich erscheinen, da¯ die bleibende Verformung nicht durch eine Beanspruchung mit monotoner Kraftsteigerung, sondern durch mehrere aufeinanderfolgende Eeckungen hervorgerufen wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vor- richtung zur Bestimmung der Streckgrenze, die das mehrfache Belasten und Entlasten der Probe überflüssig macht. Mit dieser Vorrichtung wird nach folgendem Prinzip gear beitet :
Die Gesamtdehnung eines Probestabes setzt sich aus der ausschliesslich von der momentanen Spannung abhängigen elastischen Dehnung cig (Abb. 1, Kurve 1) und der bleibenden Dehnung der plastischen Deformation @@ (Abb. l, Kurve 2) additiv zusammen.
Die elastische Dehnung ist bis über die Streckgrenze hinaus mit erheblicher Genauigkeit der auf- gebrachten Spannung o proportional. Die pla stische Dehnung ist bis zu einem erheblichen Bruchteirl der Spannung, die der Streckgrenze des Werkstoffes entspricht, gegenüber der elastischen Dehnung unmessbar klein. Die Ge samtdehnung (Abb. 1, Kurve 3) ist deshalb im untern Spannungsbereich der Spannung proportional und weicht bei weiterer Steigerung der Spannung um den Betrag der plasti schen Verformung von ihr zu hoheren Werten ab. Deshalb ist mit sehr guter Genauigkeit die Abweichung von der ProportionalitÏt der bleibenden Verformung gleichzusetzen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Bestimmung der Streckgrenze ist dadurch gekennzeichnet, dass-sie Anordnungen enthalt, die der mechanisehen Spannung der Probe und ihrer Gesamtdehnung entsprechende An zeigegrossen liefern, und so besehaffen ist, dass von der der Gesamtdehnung entspreehenden Anzeigegrosse ein so grosser, der mechanischen Spannung proportionaler Anteil sub trahiert wird, dass als restliche Anzeigegr¯¯e die Abweichung der Gesamtdehnung von der Proportionalität verbleibt.
Auf diese Weise kann unmittelbar die bleibende Dehnung wÏhrend der Belastung abgelesen werden, so dass dann eine Messung der bleibenden Dehnung bei Entlastung der Probe nicht mehr erforderlieh ist.
Die Erfindmg wird im folgenden beispielsweise nÏher erläutert. Die Vorrichtung besitzt zwei Messorgane. Das erste misst die Kraft P, die proportional der Spannung ? ist ; es handelt sich also um eine Vorrichtung, die der Kraftmesseinrichtung der üblichen Zer reissmaschine entspricht oder sie ersetzt. Das zweite Messorgan misst die Dehnung der Probe an einer gewissen Messstrecke.
Kurve 1 in Abb. 2 zeigt den Verlauf des Ausssshiages der Kraftmesseinrichtung bei zunehmender Kraft, Kurve 2 in Abb. 2 zeigt den Aussehlag der Dehnungsmesseinrichtung. Der Ausschlag der Kraftmesseinrichtung wird nun mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung derart proportional erhöht oder erniedrigt, dass er dem Aussehlag der Dehnungsme¯einrichtung bei geringen Spannungen, bei denen beide proportion. der Kraft sind, entspricht, so dass die nunmehr proportion, al versehobene Kurve 1 mit dem geradlinigen Auslauf der Kurve 2 zusammenfällt. Der Verlauf der Anzeigegr¯¯e des Kraftmessers entspricht nunmehr also der Kurve 3 in Abb. 2.
Zur Messung der bleibenden Dehnung werden durch eine geeignete Vorrichtung die Ausschläge des Dehnungsmessers (Kurve 2) und des Kraftmessers (Kurve 3) voneinander subtrahiert, und die Differenz wird an einem geeigneten Messinstrument abgelesen.
Die Einstellung auf das richtige Mass der proportionalen Veränderung des Ausschlages der Kraftmesseinrichtung erfolgt jeweils dadurch, dass bei Beginn des Versuches unter zunehmender Spannung die von der Kraftmessung herrührende Komponente so eingestellt wird, dass der Aussehlag des die Differenz anzeigenden Messinstrumentes Null bleibt (Kurve 4 in Abb. 2). D, adureh ist von der Gesamtdehnung der elastische Anteil subtra- hiert worden. Bei weiterer Steigerung der
Spannung ist die Gesamtdehnung nicht mehr proportional der Kraft P ; es tritt der bleibende Anteil der Dehnung dazu.
Das die Differenz anzeigende Messinstrument gibt nun einen Ausschlag, und die Belastung wird so lange gesteigert, bis das Messinstrument einen Aussehlag gibt, der einer Dehnung von 0, 2 % entspricht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung an der Kraftmessvorriehtung abge- lesen. Die Last kann ohne Unterbrechung weitergesteigert werden bis zum Bruch der
Probe, wenn die Zerreissspannung im Anschluss an die Streckgrenze bestimmt werden soll.
Dieses Verfahren erm¯glicht somit die Bestimmung der Streckgrenze in einem einzigen Versueh, bei dem die in der Probe herrschende Spannung monoton ansteigt. Es ist vor allem keine ¯nderung der Geschwindigkeit der Spannungszunahme bei dem Erreichen der Streckgrenze erforderlich, wa. s bei der üblichen Ausführung der Streckgren- zenbestimmung zum Pendeln des Belastungs- gewichtes und damit einer zusätzlichen pla stisehen Deformation der Probe führen kann.
Den konstruktiven Aufbau einer Vorrich- tung zur Durchführung des angegebenen Verfahrens zeigt schematiseh Abb. 3. Der Yrobestab 1 ist in die Backen 2 und 3 einer Zerreissmaschine eingespannt. Die Backen 2 ? werden zur Aufbringung der Zugspannung auf den Probestab in cler üblichen Weise be wegt. Die Backen 3 sind mit einer Kraftmessdose 4 verbunden, die ihrerseits wieder an dem starren Rahmen der Zerrei¯maschine befestigt ist. Die Kraftmessdose liefert eine elektrische Spannung, die an dem Me¯instrument 5 ablesbar ist. Dieses Instrument kann also zur Messung der Kraft bzw. der am Probestab b liegenden mechanischen Spannung ? dienen.
An die Messstrecke des Probestabes l ist die elektrische Dehnungsmessdose 6 mit zwei Sehneiden angelegt. Sie liefert eine der Gesamt- dehnung proportionale elektrisehe Spannung, die am Messinstrument 7 abgelesen werden kann, das somit. als Gesamtdehnungsme. sser dienen kann.
Durch das Potentiometer 8 wird nun die von der Kraftmessdose 4 abgegebene elek- trisehe Spannung derartig proportional herabgesetzt, dass sie bei niederen Kräften der vom Dehnungsmesser 6 abgegebenen Span nung gleieh ist. Das Messinstrument 9 misst die Differenz der vom Dehnungsmesser 6 abgegebenen und der vom Kraftmesser 4 abgegebenen und durch das Potentiometer 8 proportional herabgesetzten Spannung.
Bei der Messung wird nun folgender- ma¯en vorgegangen : Bei steigender Kraft wird zunächst das Potentiometer 8 so eingestellt, dass das Instrument 9 keinen Awssehlag gibt. Diese Einstellung des Potentiometers bleibt nun unverändert. Bei weiter anstei- gender Kraft tritt zu der elastischen Dehnung die bleibende. Das Messinstrument 9 gibt nun einen zunehmenden Ausschlag. Dieser ent- spricht der bleibenden Dehnung des Probestabes. Wenn ein Ausschlag des Messinstru- mentes 9 erreicht ist, der einer bleibenden Dehnung von 0, 2 % entspricht, wird am In strument 5 die zugehörige Kraft bzw. Spannung abgelesen.
Die Kraft kann ohne Unter hreehung des Versuehes weiter gesteigert und die Alessung der Zerreissfestigkeit unmittelbar angesehlossen werden. Ebenso kann bei entsprechender Steigerung der Genauigkeit und Empfindlichkeit der Vorriehtung aueh die Elastizitätsgrenze, die einer bleibenden Dehnung von 0, 01 % entspricht, bestimmt werden.
Die Vorrichtung lässt sieh in iiblicher Weise mit AufzeichengerÏten ausstatten, so dass sie unmittelbar die bleibende Dehnung und gegebenenfalls auch die Gesamtdehnung der Probe in Abhängigkeit von der Spannung aufsehreibt. Es ist auch eine automatische Fixierung der Spannungsanzeige bzw. Kraftanzeige beim Erreichen der 0, 2 % Grenze möglich. Die beschriebene Vorrichtung kann auch als Zusatz zu den blichen Zerreissmaschinen gebaut werden. Dabei kann dann zur Kraftmessung neben oder an Stelle der von der Kraftmessdose 4 abgegebenen Spannung die Kraftmesseinrichtung der Zerreissmaschine dienen. Als Messorgan für die Dehnung können aueh die bekannten Dehnungsmessstreifen verwendet werden.
Als Kraftmessorgan können dann mit Dehnungsmessstreifen ausgestattete geeignete elastisehe Zwischenglieder oder andere elastische Bauteile der Zerreissmaschine dienen.
Ebenso wie elektrische Messorgane zur Messung von Kraft und Dehnung können auch andere, beispielsweise mechanische oder optische dienen. Die optischen können durch Ablenkung von Liehtstrahlen oder durch deren SchwÏchen arbeiten.
Device for determining the yield point.
The yield point 00.2 of a material, in particular of a metal or an alloy, is understood to mean the stress at which the material has suffered a permanent increase in length of 0.2 I / o after the load has been removed. It is an important parameter for assessing a material. Since the elastic elongation is added to the permanent elongation to be measured in the usual measurement of the yield point in the tensile machine, the following procedure is usually used to determine the yield point: The tensile strength rod is in the tensile mass. exposed to a measured state of tension, relieved and the permanent strain measured.
A slightly higher tension is applied to this and the permanent elongation is measured again.
This is continued until the permanent elongation of 0.2% is reached. This method has the disadvantage of being very cumbersome. In addition, there is a risk of overstretching the material due to excessively high stresses, which can easily occur because the usual force measuring devices of the tearing machines have a certain inertia. In addition, with various materials it must appear questionable that the permanent deformation is not caused by stress with a monotonous increase in force, but by several successive changes.
The subject matter of the invention is a device for determining the yield point which makes multiple loading and unloading of the sample superfluous. This device works according to the following principle:
The total elongation of a test rod is made up of the elastic elongation cig (Fig. 1, curve 1), which is exclusively dependent on the instantaneous tension, and the permanent elongation of the plastic deformation @@ (Fig. 1, curve 2).
The elastic elongation is proportional to the applied stress o with considerable accuracy beyond the yield point. The plastic stretch is up to a significant fraction of the stress, which corresponds to the yield point of the material, immeasurably small compared to the elastic stretch. The total strain (Fig. 1, curve 3) is therefore proportional to the stress in the lower stress range and deviates from it to higher values if the stress is further increased by the amount of plastic deformation. Therefore, with very good accuracy, the deviation from the proportionality can be equated with the permanent deformation.
The device according to the invention for determining the yield strength is characterized in that it contains arrangements which supply display sizes corresponding to the mechanical stress of the sample and its total elongation, and is designed in such a way that the display size corresponding to the total elongation is so large as the mechanical tension proportional share is subtracted so that the remaining display value is the deviation of the total elongation from the proportionality.
In this way, the permanent elongation during loading can be read off immediately, so that measurement of the permanent elongation is no longer necessary when the specimen is unloaded.
The invention is explained in more detail below, for example. The device has two measuring elements. The first measures the force P, which is proportional to the voltage? is; So it is a device that corresponds to the force measuring device of the usual tear machine or replaces it. The second measuring element measures the elongation of the sample over a certain measuring distance.
Curve 1 in Fig. 2 shows the course of the displacement of the force measuring device with increasing force, curve 2 in Fig. 2 shows the displacement of the strain measuring device. The deflection of the force measuring device is now proportionally increased or decreased with the help of a suitable device in such a way that it corresponds to the deflection of the extensometer at low voltages, at which both are proportional. are the force, so that the now proportion, al offset curve 1 coincides with the straight run-out of curve 2. The course of the display values of the dynamometer now corresponds to curve 3 in Fig. 2.
To measure the permanent strain, the deflections of the strain gauge (curve 2) and the force gauge (curve 3) are subtracted from one another using a suitable device, and the difference is read off on a suitable measuring instrument.
The adjustment to the correct degree of the proportional change in the deflection of the force measuring device is carried out in that at the beginning of the test the component resulting from the force measurement is adjusted under increasing tension so that the deflection of the measuring instrument showing the difference remains zero (curve 4 in Fig . 2). D, adureh, the elastic component has been subtracted from the total elongation. If the
Stress, the total strain is no longer proportional to the force P; the remaining part of the stretching occurs.
The measuring instrument indicating the difference now gives a deflection, and the load is increased until the measuring instrument gives a deflection which corresponds to an elongation of 0.2%. At this point in time, the tension is read on the force measuring device. The load can be increased without interruption until the break
Sample if the ultimate tensile stress is to be determined following the yield point.
This method enables the determination of the yield point in a single test in which the tension in the sample increases monotonically. Above all, there is no need to change the speed of the increase in tension when the yield point is reached, wa. s in the usual way of determining the yield strength, this can lead to oscillation of the load weight and thus to additional plastic deformation of the specimen.
The structural design of a device for carrying out the specified method is shown schematically in Fig. 3. The Yrobi rod 1 is clamped in the jaws 2 and 3 of a tearing machine. The jaws 2? are moved in the usual way to apply tension to the test rod. The jaws 3 are connected to a load cell 4, which in turn is fastened again to the rigid frame of the shredding machine. The load cell delivers an electrical voltage that can be read on the measuring instrument 5. So this instrument can be used to measure the force or the mechanical tension on the test rod b? serve.
The electrical strain cell 6 with two optical edges is placed on the measuring section of the test rod 1. It supplies an electrical voltage proportional to the total expansion, which can be read on the measuring instrument 7, which means that. as total elongation. sser can serve.
By means of the potentiometer 8, the electrical voltage output by the load cell 4 is reduced proportionally in such a way that it is the same as the voltage output by the extensometer 6 when the forces are low. The measuring instrument 9 measures the difference between the voltage output by the extensometer 6 and the voltage output by the dynamometer 4 and proportionally reduced by the potentiometer 8.
The following procedure is now used for the measurement: When the force increases, the potentiometer 8 is first set so that the instrument 9 does not give a warning. This potentiometer setting remains unchanged. As the force continues to increase, the elastic elongation is followed by the permanent one. The measuring instrument 9 now gives an increasing deflection. This corresponds to the permanent elongation of the test rod. When a deflection of the measuring instrument 9 is reached, which corresponds to a permanent elongation of 0.2%, the associated force or tension is read on the instrument 5.
The force can be increased further without underhearing the experiment and the measurement of the tensile strength can be connected directly. With a corresponding increase in the accuracy and sensitivity of the device, the elastic limit, which corresponds to a permanent elongation of 0.01%, can also be determined.
The device can be equipped with recording devices in the usual way, so that it directly records the permanent elongation and, if necessary, also the total elongation of the sample as a function of the tension. It is also possible to fix the tension display or force display automatically when the 0.2% limit is reached. The device described can also be built as an addition to the usual shredding machines. The force measuring device of the tearing machine can then serve to measure the force in addition to or instead of the voltage output by the load cell 4. The known strain gauges can also be used as the measuring device for the strain.
Suitable elastic intermediate links or other elastic components of the tearing machine equipped with strain gauges can then serve as the force measuring element.
Just like electrical measuring elements for measuring force and strain, others, for example mechanical or optical ones, can also be used. The optical can work by deflecting light rays or by their weaknesses.