Wydłużenie A i A5 – definicja, wzór, pomiar i znaczenie

Wydłużenie po zerwaniu A jest jednym z podstawowych parametrów określających plastyczność metali i stopów. Informuje, o ile procent zwiększyła się długość pomiarowa próbki podczas próby rozciągania do momentu jej zerwania, po odpowiednim zestawieniu części zerwanej próbki i wykonaniu pomiaru końcowego.
Wydłużenie A podawane jest w procentach (%) i jest często określane razem z wytrzymałością na rozciąganie Rm, granicą plastyczności Re lub Rp0,2 oraz przewężeniem Z.
W dokumentacji technicznej można spotkać oznaczenia takie jak A, A5, A10, A50, A80 oraz inne warianty wynikające ze sposobu określenia początkowej długości pomiarowej próbki. Dlatego wartości wydłużenia należy zawsze interpretować razem z zastosowanym oznaczeniem i warunkami badania.

Co oznacza wydłużenie A?

Wydłużenie po zerwaniu określa procentowy trwały przyrost długości pomiarowej próbki po jej zerwaniu w stosunku do początkowej długości pomiarowej.
Wartość oblicza się ze wzoru:
A = ((L_u – L₀) / L₀) × 100%
gdzie:

A – wydłużenie po zerwaniu [%],
L₀ – początkowa długość pomiarowa próbki,
L_u – końcowa długość pomiarowa po zerwaniu próbki.

Wydłużenie A nie jest więc naprężeniem i nie podaje się go w MPa. Jest to wielkość względna wyrażona w procentach.

Przykład obliczenia wydłużenia A

Jeżeli początkowa długość pomiarowa próbki wynosi:
L₀ = 50 mm
a po zerwaniu i odpowiednim zestawieniu części próbki zmierzono:
L_u = 60 mm
to:
A = ((60 – 50) / 50) × 100% = 20%
Oznacza to, że wydłużenie po zerwaniu wynosi 20%.

Co mówi wartość wydłużenia o materiale?

Wydłużenie A dostarcza informacji o zdolności materiału do odkształcenia plastycznego przed zerwaniem.
W uproszczeniu większa wartość A oznacza, że próbka może ulec większemu trwałemu wydłużeniu przed zniszczeniem. Niska wartość A wskazuje na mniejszą zdolność do takiego odkształcenia w warunkach przeprowadzonej próby.
Nie należy jednak oceniać całej plastyczności lub odporności materiału na zniszczenie wyłącznie na podstawie jednej wartości A. Istotne są również między innymi przewężenie Z, udarność, odporność na pękanie, mikrostruktura i warunki obciążenia.

Co oznacza A5?

Oznaczenie A5 jest powszechnie spotykane w starszej dokumentacji technicznej, kartach materiałowych i normach. Odnosi się do wydłużenia po zerwaniu określonego przy początkowej długości pomiarowej próbki związanej z jej przekrojem.
W klasycznym oznaczeniu A5 długość pomiarowa była przyjmowana jako:
L₀ = 5 × d₀
dla odpowiedniej próbki okrągłej, gdzie d₀ oznacza początkową średnicę próbki.
Dla próbki proporcjonalnej ogólna zależność długości pomiarowej od początkowego pola przekroju jest określana przez odpowiednią normę badania.
W nowoczesnej dokumentacji zgodnej z normami ISO można spotkać bardziej precyzyjne oznaczenia odnoszące się bezpośrednio do zastosowanej długości pomiarowej.

A5 a współczesne oznaczenie A

W praktyce przemysłowej określenie A5 nadal jest bardzo często używane, szczególnie w kartach gatunków stali oraz starszych opracowaniach materiałowych.
Nie należy jednak automatycznie zastępować każdego oznaczenia A5 symbolem A bez sprawdzenia sposobu wykonania badania.
Wartość wydłużenia zależy bowiem od początkowej długości pomiarowej i geometrii próbki.
Dlatego przy porównywaniu danych pochodzących z różnych norm lub świadectw materiałowych należy sprawdzić, według jakiego układu pomiarowego określono wydłużenie.

Próbka proporcjonalna i nieproporcjonalna

Przy określaniu wydłużenia stosuje się próbki o zdefiniowanej długości pomiarowej.
W przypadku próbek proporcjonalnych początkowa długość pomiarowa L₀ jest związana z początkowym polem przekroju S₀.
Zależność można przedstawić jako:
L₀ = k√S₀
gdzie:

L₀ – początkowa długość pomiarowa,
S₀ – początkowe pole przekroju próbki,
k – współczynnik proporcjonalności określony dla danego rodzaju próbki.

W przypadku próbek nieproporcjonalnych stosuje się ustaloną długość pomiarową niezależną od tej zależności, na przykład 50 mm lub 80 mm, zgodnie z wymaganiami właściwej normy.

Co oznaczają A50 i A80?

Oznaczenia takie jak A50 lub A80 wskazują na wydłużenie po zerwaniu określone przy ustalonej początkowej długości pomiarowej.
Przykładowo:

Oznaczenie	Znaczenie
A	Wydłużenie po zerwaniu określone zgodnie z zastosowaną geometrią próbki i normą badania
A5	Tradycyjne oznaczenie wydłużenia związane z proporcjonalną długością pomiarową, często spotykane w starszej dokumentacji
A50	Wydłużenie po zerwaniu dla początkowej długości pomiarowej 50 mm
A80	Wydłużenie po zerwaniu dla początkowej długości pomiarowej 80 mm

Wartości uzyskanych przy różnych długościach pomiarowych nie należy bezpośrednio porównywać bez uwzględnienia geometrii próbki.

Dlaczego długość pomiarowa wpływa na wartość A?

Odkształcenie próbki podczas próby rozciągania nie jest jednakowe na całej jej długości.
Przed zerwaniem może powstać lokalne przewężenie, czyli szyjka, w której koncentruje się znaczna część końcowego odkształcenia.
Jeżeli długość pomiarowa jest krótsza, lokalne wydłużenie w obszarze przewężenia stanowi większą część całkowitego mierzonego wydłużenia. Przy większej długości pomiarowej wpływ tego lokalnego odkształcenia na wynik procentowy jest mniejszy.
Dlatego dwa wyniki wydłużenia otrzymane dla różnych długości pomiarowych mogą się różnić mimo badania tego samego materiału.

Wydłużenie A a przewężenie Z

A i Z są parametrami opisującymi zdolność materiału do odkształcenia plastycznego, ale mierzą inne zmiany próbki.

Parametr	Co mierzy	Jednostka
A	Trwałą zmianę długości pomiarowej próbki po jej zerwaniu w stosunku do długości początkowej, powstałą wskutek trwałego odkształcenia plastycznego materiału.	%
Z	Zmniejszenie pola przekroju poprzecznego próbki w miejscu zerwania	%

Oba parametry mogą być podawane razem, ponieważ dostarczają uzupełniających informacji o zachowaniu materiału podczas odkształcenia plastycznego.

Wydłużenie A a Rm

Rm – wytrzymałość na rozciąganie określa maksymalne naprężenie inżynierskie osiągnięte podczas próby rozciągania, natomiast A określa trwałe wydłużenie próbki po zerwaniu.
Wysoka wartość Rm nie oznacza automatycznie wysokiego A. Materiał może posiadać bardzo dużą wytrzymałość, ale stosunkowo niewielką zdolność do odkształcenia plastycznego.
Z tego powodu parametry Rm i A powinny być analizowane łącznie.

Wydłużenie A a Re i Rp0,2

Re oraz Rp0,2 określają naprężenia związane z rozpoczęciem trwałego odkształcenia materiału według odpowiednich kryteriów.
A opisuje natomiast stan próbki po przeprowadzeniu jej aż do zerwania.
Przykładowy zestaw właściwości może wyglądać następująco:

Rp0,2: min. 700 MPa,
Rm: 900–1100 MPa,
A: min. 10%.

Każda z tych wartości opisuje inną cechę zachowania materiału i nie może zastępować pozostałych.

Wydłużenie A a sprężystość materiału

Wydłużenie A nie określa odkształcenia sprężystego materiału.
Podczas próby rozciągania próbka przechodzi przez zakres odkształcenia sprężystego, a następnie plastycznego. Po zerwaniu i odciążeniu część sprężysta odkształcenia zanika.
Pomiar A odnosi się do trwałego wydłużenia pozostającego po zerwaniu próbki.
Nie należy więc utożsamiać wydłużenia A z modułem Younga E ani ze sprężystością materiału.

Wydłużenie A a ciągliwość

Wartość A jest jednym ze wskaźników wykorzystywanych do oceny ciągliwości materiału.
Materiał zdolny do znacznego odkształcenia przed zerwaniem będzie zazwyczaj wykazywał większe wydłużenie niż materiał zachowujący się krucho.
Nie istnieje jednak jedna uniwersalna wartość A pozwalająca podzielić wszystkie metale na ciągliwe i kruche. Zachowanie materiału zależy również od temperatury, stanu naprężenia, szybkości odkształcenia, geometrii elementu i mikrostruktury.

Jak mierzy się wydłużenie po zerwaniu?

Przed próbą na próbce wyznacza się określoną początkową długość pomiarową L₀.
Po przeprowadzeniu próby i zerwaniu próbki jej części zestawia się zgodnie z wymaganiami metody badawczej i określa końcową długość pomiarową L_u.
Następnie na podstawie różnicy L_u i L₀ oblicza się procentowe wydłużenie po zerwaniu.
Szczegółowe zasady przygotowania próbki, pomiaru i oceny wyniku określa odpowiednia norma dotycząca próby rozciągania.

Norma EN ISO 6892-1 a wydłużenie A

Jedną z podstawowych norm dotyczących statycznej próby rozciągania materiałów metalowych w temperaturze pokojowej jest EN ISO 6892-1.
Norma określa między innymi zasady wykonywania próby oraz wyznaczania parametrów mechanicznych, w tym wydłużenia po zerwaniu.
Przy korzystaniu z danych materiałowych należy zawsze zwracać uwagę na konkretną normę materiałową i normę badawczą, ponieważ wymagania mogą zależeć od postaci produktu i sposobu wykonania próby.

Od czego zależy wydłużenie A?

Wartość wydłużenia może zależeć między innymi od:

rodzaju i składu chemicznego materiału,
mikrostruktury,
obróbki cieplnej,
stopnia umocnienia odkształceniowego,
temperatury badania,
prędkości odkształcenia,
geometrii próbki,
początkowej długości pomiarowej,
grubości i postaci produktu,
kierunku pobrania próbki.

Dlatego wartości A pochodzących z różnych źródeł nie powinno się porównywać bez sprawdzenia warunków, w których zostały określone.

Wpływ obróbki plastycznej na wydłużenie

Obróbka plastyczna na zimno prowadzi zwykle do umocnienia odkształceniowego. Może powodować wzrost granicy plastyczności i wytrzymałości materiału, a jednocześnie zmniejszenie jego zdolności do dalszego odkształcenia plastycznego.
W rezultacie wraz ze wzrostem stopnia zgniotu wartość wydłużenia A może się zmniejszać.
Zjawisko to jest szczególnie istotne w przypadku blach, taśm, drutów i prętów obrabianych na zimno.

Wpływ obróbki cieplnej na wydłużenie

Obróbka cieplna może znacząco zmieniać wydłużenie poprzez zmianę mikrostruktury materiału.
Przykładowo wyżarzanie materiału umocnionego odkształceniowo może prowadzić do odzyskania większej zdolności do odkształcenia plastycznego.
Z kolei procesy zwiększające twardość i wytrzymałość mogą w określonych warunkach powodować zmniejszenie wydłużenia.
Dlatego wartość A powinna być zawsze analizowana razem ze stanem dostawy i zastosowaną obróbką materiału.

Wpływ temperatury na wydłużenie

Temperatura może znacząco wpływać na plastyczność metali.
W niskiej temperaturze niektóre materiały wykazują ograniczoną zdolność do odkształcenia plastycznego i większą podatność na kruche zachowanie.
W podwyższonej temperaturze mechanizmy odkształcenia mogą ulegać zmianie, a wartości parametrów wyznaczanych podczas próby rozciągania mogą znacząco różnić się od wartości określonych w temperaturze pokojowej.
Z tego względu przy projektowaniu elementów pracujących w skrajnych temperaturach należy korzystać z danych określonych dla odpowiednich warunków pracy.

Wydłużenie w świadectwie odbioru materiału

W świadectwach odbioru materiału, w tym dokumentach typu 3.1, wydłużenie może być podawane razem z innymi wynikami próby rozciągania.
Typowy zestaw obejmuje:

Re lub Rp0,2,
Rm,
A,
czasami Z,
inne parametry wymagane przez odpowiednią normę materiałową.

Przy sprawdzaniu świadectwa należy zwrócić uwagę nie tylko na wartość procentową, lecz również na oznaczenie wydłużenia oraz wymagania normy dla danego produktu i wymiaru.

Czy większe wydłużenie A zawsze oznacza lepszy materiał?

Nie. Większa wartość A oznacza większe trwałe wydłużenie próbki w określonych warunkach próby, ale nie pozwala sama w sobie określić jakości materiału.
W zależności od zastosowania istotne mogą być również:

Materiał należy dobierać na podstawie całego zestawu właściwości wymaganych w konkretnym zastosowaniu.

Wydłużenie A i A5 – najważniejsze informacje

A oznacza wydłużenie po zerwaniu.
Wydłużenie podawane jest w %.
A oblicza się na podstawie początkowej i końcowej długości pomiarowej próbki.
Wzór ma postać A = ((L_u – L₀) / L₀) × 100%.
Wydłużenie jest jednym z podstawowych parametrów opisujących zdolność materiału do odkształcenia plastycznego.
A5 jest oznaczeniem często spotykanym w starszych normach, kartach materiałowych i dokumentacji technicznej.
A50 i A80 odnoszą się do określonych początkowych długości pomiarowych.
Wynik A zależy od długości pomiarowej i geometrii próbki.
Nie należy bezpośrednio porównywać wartości wydłużenia określonych według różnych geometrii próbek bez uwzględnienia warunków badania.
A nie jest tym samym co przewężenie Z.
A nie jest tym samym co Rm, Re ani Rp0,2.
Wartość A należy analizować razem z pozostałymi właściwościami mechanicznymi materiału.