Ispitivanje vlačne čvrstoće se uglavnom koristi za određivanje sposobnosti metalnih materijala da odole oštećenju tokom procesa rastezanja i jedan je od važnih pokazatelja za ocjenu mehaničkih svojstava materijala.
1. Test zatezanja
Ispitivanje zatezanja se zasniva na osnovnim principima mehanike materijala. Primjenom vlačnog opterećenja na uzorak materijala pod određenim uvjetima, ono uzrokuje vlačnu deformaciju sve dok se uzorak ne slomi. Prilikom ispitivanja bilježe se deformacije eksperimentalnog uzorka pod različitim opterećenjima i maksimalno opterećenje prilikom loma uzorka, kako bi se izračunala granica popuštanja, vlačna čvrstoća i drugi pokazatelji performansi materijala.
Naprezanje σ = F/A
σ je vlačna čvrstoća (MPa)
F je zatezno opterećenje (N)
A je površina poprečnog presjeka uzorka
2. Zatezna kriva
Analiza nekoliko faza procesa istezanja:
a. U fazi OP sa malim opterećenjem, istezanje je u linearnom odnosu sa opterećenjem, a Fp je maksimalno opterećenje za održavanje prave linije.
b. Nakon što opterećenje prijeđe Fp, vlačna kriva počinje imati nelinearan odnos. Uzorak ulazi u početnu fazu deformacije i opterećenje se uklanja, a uzorak se može vratiti u prvobitno stanje i elastično se deformirati.
c. Nakon što opterećenje premaši Fe, opterećenje se uklanja, dio deformacije se obnavlja, a dio zaostale deformacije se zadržava, što se naziva plastična deformacija. Fe se naziva granica elastičnosti.
d. Kada se opterećenje dalje povećava, vlačna kriva pokazuje zubac pile. Kada se opterećenje ne povećava ili smanjuje, fenomen kontinuiranog izduženja eksperimentalnog uzorka naziva se popuštanje. Nakon popuštanja, uzorak počinje da prolazi kroz očiglednu plastičnu deformaciju.
e. Nakon popuštanja, uzorak pokazuje povećanje otpornosti na deformaciju, radno očvršćavanje i deformacijsko jačanje. Kada opterećenje dostigne Fb, isti dio uzorka se naglo skuplja. Fb je granica snage.
f. Fenomen skupljanja dovodi do smanjenja nosivosti uzorka. Kada opterećenje dostigne Fk, uzorak se lomi. To se zove opterećenje prijeloma.
Snaga prinosa
Granica tečenja je najveća vrijednost naprezanja koju metalni materijal može izdržati od početka plastične deformacije do potpunog loma kada je podvrgnut vanjskoj sili. Ova vrijednost označava kritičnu tačku gdje materijal prelazi iz faze elastične deformacije u fazu plastične deformacije.
Klasifikacija
Gornja granica popuštanja: odnosi se na maksimalno naprezanje uzorka prije nego što sila opadne prvi put kada dođe do popuštanja.
Niža granica popuštanja: odnosi se na minimalni napon u fazi popuštanja kada se zanemari početni prolazni efekat. Budući da je vrijednost donje granice popuštanja relativno stabilna, obično se koristi kao indikator otpornosti materijala, a naziva se granica tečenja ili granica tečenja.
Formula za izračun
Za gornju granicu tečenja: R = F / Sₒ, gdje je F maksimalna sila prije nego što sila opadne prvi put u fazi popuštanja, a Sₒ je izvorna površina poprečnog presjeka uzorka.
Za nižu granicu tečenja: R = F / Sₒ, gdje je F minimalna sila F zanemarujući početni prolazni efekat, a Sₒ je originalna površina poprečnog presjeka uzorka.
Jedinica
Jedinica granice tečenja je obično MPa (megapaskal) ili N/mm² (njutn po kvadratnom milimetru).
Primjer
Uzmimo za primjer čelik s niskim udjelom ugljika, njegova granica popuštanja je obično 207 MPa. Kada je podvrgnut vanjskoj sili većoj od ove granice, niskougljični čelik će proizvesti trajnu deformaciju i ne može se vratiti; kada je podvrgnut vanjskoj sili manjoj od ove granice, niskougljični čelik se može vratiti u prvobitno stanje.
Granica tečenja je jedan od važnih pokazatelja za ocjenu mehaničkih svojstava metalnih materijala. Odražava sposobnost materijala da se odupru plastičnoj deformaciji kada su izloženi vanjskim silama.
Zatezna čvrstoća
Vlačna čvrstoća je sposobnost materijala da se odupre oštećenju pod vlačnim opterećenjem, što se posebno izražava kao maksimalna vrijednost naprezanja koju materijal može izdržati tokom procesa zatezanja. Kada vlačni napon na materijalu premaši njegovu vlačnu čvrstoću, materijal će doživjeti plastičnu deformaciju ili lom.
Formula za izračun
Formula za proračun zatezne čvrstoće (σt) je:
σt = F / A
Gdje je F najveća vlačna sila (njutn, N) koju uzorak može izdržati prije loma, a A je izvorna površina poprečnog presjeka uzorka (kvadratni milimetar, mm²).
Jedinica
Jedinica vlačne čvrstoće je obično MPa (megapaskal) ili N/mm² (njutn po kvadratnom milimetru). 1 MPa je jednak 1.000.000 Njutna po kvadratnom metru, što je također jednako 1 N/mm².
Faktori uticaja
Na vlačnu čvrstoću utiču mnogi faktori, uključujući hemijski sastav, mikrostrukturu, proces termičke obrade, način obrade itd. Različiti materijali imaju različite vlačne čvrstoće, tako da je u praktičnim primenama neophodno odabrati odgovarajuće materijale na osnovu mehaničkih svojstava materijala. materijala.
Praktična primjena
Vlačna čvrstoća je veoma važan parametar u oblasti nauke o materijalima i inženjeringa i često se koristi za procenu mehaničkih svojstava materijala. U pogledu konstrukcijskog dizajna, odabira materijala, procjene sigurnosti itd., vlačna čvrstoća je faktor koji se mora uzeti u obzir. Na primjer, u građevinarstvu, vlačna čvrstoća čelika je važan faktor u određivanju da li može izdržati opterećenja; u oblasti vazduhoplovstva, zatezna čvrstoća lakih i materijala visoke čvrstoće je ključ za osiguranje bezbednosti aviona.
Snaga zamora:
Zamor metala se odnosi na proces u kojem materijali i komponente postepeno proizvode lokalna trajna kumulativna oštećenja na jednom ili više mjesta pod cikličkim naprezanjem ili cikličkim naprezanjem, a pukotine ili iznenadni potpuni lomovi nastaju nakon određenog broja ciklusa.
Karakteristike
Iznenadnost u vremenu: Do kvara zbog zamora metala često dolazi iznenada u kratkom vremenskom periodu bez očiglednih znakova.
Lokalitet u položaju: Otkazivanje zamora se obično javlja u lokalnim područjima gdje je koncentrisan stres.
Osetljivost na okolinu i defekte: Zamor metala je veoma osetljiv na okolinu i sitne defekte unutar materijala, koji mogu ubrzati proces zamora.
Faktori uticaja
Amplituda naprezanja: Veličina naprezanja direktno utječe na vijek trajanja metala.
Prosječna veličina naprezanja: Što je veći prosječni napon, kraći je vijek trajanja metala na zamor.
Broj ciklusa: Što je više puta metal pod cikličnim naprezanjem ili naprezanjem, to je ozbiljnije nakupljanje oštećenja od zamora.
Preventivne mjere
Optimizirajte izbor materijala: Odaberite materijale s višim granicama zamora.
Smanjenje koncentracije naprezanja: Smanjite koncentraciju naprezanja kroz konstrukcijski dizajn ili metode obrade, kao što je korištenje zaobljenih uglova prijelaza, povećanje dimenzija poprečnog presjeka itd.
Površinska obrada: poliranje, prskanje, itd. na metalnoj površini kako bi se smanjili površinski defekti i poboljšala čvrstoća na zamor.
Inspekcija i održavanje: Redovno pregledajte metalne komponente kako biste pravovremeno otkrili i popravili defekte kao što su pukotine; održavati dijelove sklone zamoru, kao što je zamjena istrošenih dijelova i ojačavanje slabih karika.
Zamor metala je uobičajen način kvara metala, koji se odlikuje iznenadnošću, lokalnošću i osjetljivošću na okolinu. Amplituda naprezanja, prosječna veličina naprezanja i broj ciklusa su glavni faktori koji utiču na zamor metala.
SN kriva: opisuje vijek trajanja materijala pod različitim nivoima naprezanja, gdje S predstavlja napon, a N predstavlja broj ciklusa naprezanja.
Formula koeficijenta čvrstoće na zamor:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Gdje je (Ka) faktor opterećenja, (Kb) je faktor veličine, (Kc) je temperaturni faktor, (Kd) je faktor kvalitete površine, a (Ke) je faktor pouzdanosti.
SN kriva matematički izraz:
(\sigma^m N = C)
Gdje je (\sigma) napon, N je broj ciklusa naprezanja, a m i C su materijalne konstante.
Koraci proračuna
Odredite materijalne konstante:
Odredite vrijednosti m i C kroz eksperimente ili pozivajući se na relevantnu literaturu.
Odredite faktor koncentracije naprezanja: Uzmite u obzir stvarni oblik i veličinu dijela, kao i koncentraciju naprezanja uzrokovanu uvojcima, utorima itd., da biste odredili faktor koncentracije napona K. Izračunajte čvrstoću na zamor: prema SN krivulji i naprezanju faktor koncentracije, u kombinaciji s projektnim vijekom trajanja i razinom radnog naprezanja dijela, izračunava čvrstoću na zamor.
2. Plastičnost:
Plastičnost se odnosi na svojstvo materijala da, kada je podvrgnut vanjskoj sili, proizvodi trajnu deformaciju bez loma kada vanjska sila prijeđe svoju granicu elastičnosti. Ova deformacija je nepovratna i materijal se neće vratiti u prvobitni oblik čak i ako se vanjska sila ukloni.
Indeks plastičnosti i formula za njegovo izračunavanje
Izduženje (δ)
Definicija: Izduženje je postotak ukupne deformacije mjernog presjeka nakon što se uzorak zateznog loma dovede do prvobitne dužine kalibra.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
gdje je L0 originalna mjerna dužina uzorka;
L1 je mjerna dužina nakon što je uzorak slomljen.
Smanjenje segmenta (Ψ)
Definicija: Segmentno smanjenje je postotak maksimalnog smanjenja površine poprečnog presjeka na mjestu grlića nakon što je uzorak slomljen na prvobitnu površinu poprečnog presjeka.
Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
gdje je F0 izvorna površina poprečnog presjeka uzorka;
F1 je površina poprečnog presjeka na mjestu grlića nakon što je uzorak slomljen.
3. Tvrdoća
Tvrdoća metala je indeks mehaničkih svojstava za mjerenje tvrdoće metalnih materijala. Ukazuje na sposobnost otpornosti na deformaciju u lokalnom volumenu na metalnoj površini.
Klasifikacija i prikaz tvrdoće metala
Tvrdoća metala ima različite metode klasifikacije i reprezentacije prema različitim metodama ispitivanja. Uglavnom uključuju sljedeće:
Tvrdoća po Brinellu (HB):
Opseg primjene: Općenito se koristi kada je materijal mekši, kao što su obojeni metali, čelik prije toplinske obrade ili nakon žarenja.
Princip ispitivanja: Sa određenom veličinom ispitnog opterećenja, kaljena čelična kugla ili kugla od karbida određenog prečnika se utiskuje u površinu metala koji se ispituje, a opterećenje se rasterećuje nakon određenog vremena, a prečnik udubljenja na površini koja se testira.
Formula za proračun: Vrijednost Brinellove tvrdoće je količnik dobiven dijeljenjem opterećenja sa sfernom površinom udubljenja.
Rockwell tvrdoća (HR):
Opseg primjene: Općenito se koristi za materijale veće tvrdoće, kao što je tvrdoća nakon termičke obrade.
Princip ispitivanja: Slično Brinellovoj tvrdoći, ali koristeći različite sonde (dijamant) i različite metode proračuna.
Vrste: Ovisno o primjeni, razlikuju se HRC (za materijale visoke tvrdoće), HRA, HRB i druge vrste.
Vickers tvrdoća (HV):
Područje primjene: Pogodno za mikroskopsku analizu.
Princip ispitivanja: Pritisnite površinu materijala sa opterećenjem manjim od 120 kg i dijamantskim kvadratnim konusnim utiskivačom sa uglom vrha od 136° i podijelite površinu udubljenja materijala sa vrijednošću opterećenja da biste dobili vrijednost Vickersove tvrdoće.
Leeb tvrdoća (HL):
Karakteristike: Prijenosni tester tvrdoće, jednostavan za mjerenje.
Princip testiranja: Koristite odskok koji stvara udarna lopta nakon udarca u površinu tvrdoće i izračunajte tvrdoću omjerom brzine odbijanja udarca na 1 mm od površine uzorka i brzine udara.
Vrijeme objave: Sep-25-2024
