Ispitivanje zatezne čvrstoće se uglavnom koristi za određivanje sposobnosti metalnih materijala da se odupru oštećenjima tokom procesa istezanja i jedan je od važnih pokazatelja za procjenu mehaničkih svojstava materijala.
1. Ispitivanje zatezanja
Ispitivanje zatezanjem zasniva se na osnovnim principima mehanike materijala. Primjenom zateznog opterećenja na uzorak materijala pod određenim uslovima, uzrokuje se zatezna deformacija sve dok se uzorak ne slomi. Tokom ispitivanja, bilježe se deformacije eksperimentalnog uzorka pod različitim opterećenjima i maksimalno opterećenje pri kojem se uzorak slomi, kako bi se izračunala granica tečenja, zatezna čvrstoća i drugi pokazatelji performansi materijala.
Napon σ = F/A
σ je zatezna čvrstoća (MPa)
F je zatezno opterećenje (N)
A je površina poprečnog presjeka uzorka
2. Krivulja zatezanja
Analiza nekoliko faza procesa istezanja:
a. U OP fazi sa malim opterećenjem, izduženje je u linearnom odnosu sa opterećenjem, a Fp je maksimalno opterećenje za održavanje ravne linije.
b. Nakon što opterećenje premaši Fp, krivulja zatezanja počinje poprimati nelinearni odnos. Uzorak ulazi u početnu fazu deformacije, opterećenje se uklanja i uzorak se može vratiti u prvobitno stanje i elastično deformirati.
c. Nakon što opterećenje premaši Fe, opterećenje se uklanja, dio deformacije se obnavlja, a dio preostale deformacije se zadržava, što se naziva plastična deformacija. Fe se naziva granica elastičnosti.
d. Kada se opterećenje dalje povećava, krivulja zatezanja pokazuje oblik pile. Kada se opterećenje ne povećava ili smanjuje, fenomen kontinuiranog izduživanja eksperimentalnog uzorka naziva se tečenje. Nakon tečenja, uzorak počinje podlijegati očiglednoj plastičnoj deformaciji.
e. Nakon tečenja, uzorak pokazuje povećanje otpornosti na deformaciju, očvršćavanja i deformacijskog ojačanja. Kada opterećenje dostigne Fb, isti dio uzorka se naglo skuplja. Fb je granica čvrstoće.
f. Fenomen skupljanja dovodi do smanjenja nosivosti uzorka. Kada opterećenje dostigne Fk, uzorak se slomi. To se naziva lomno opterećenje.
Granica tečenja
Granica tečenja je maksimalna vrijednost napona koju metalni materijal može izdržati od početka plastične deformacije do potpunog loma kada je izložen vanjskoj sili. Ova vrijednost označava kritičnu tačku u kojoj materijal prelazi iz faze elastične deformacije u fazu plastične deformacije.
Klasifikacija
Gornja granica tečenja: odnosi se na maksimalni napon uzorka prije nego što sila prvi put padne kada dođe do tečenja.
Donja granica tečenja: odnosi se na minimalni napon u fazi tečenja kada se zanemari početni prelazni efekat. Budući da je vrijednost donje granice tečenja relativno stabilna, obično se koristi kao indikator otpornosti materijala, koji se naziva granica tečenja ili granica tečenja.
Formula za izračun
Za gornju granicu tečenja: R = F / Sₒ, gdje je F maksimalna sila prije nego što sila prvi put padne u fazi tečenja, a Sₒ je početna površina poprečnog presjeka uzorka.
Za nižu granicu tečenja: R = F / Sₒ, gdje je F minimalna sila F zanemarujući početni prelazni efekat, a Sₒ je prvobitna površina poprečnog presjeka uzorka.
Jedinica
Jedinica granice tečenja je obično MPa (megapascal) ili N/mm² (Newton po kvadratnom milimetru).
Primjer
Uzmimo za primjer niskougljični čelik, njegova granica tečenja je obično 207 MPa. Kada je izložen vanjskoj sili većoj od ove granice, niskougljični čelik će proizvesti trajnu deformaciju i ne može se obnoviti; kada je izložen vanjskoj sili manjoj od ove granice, niskougljični čelik se može vratiti u svoje prvobitno stanje.
Granica tečenja je jedan od važnih pokazatelja za procjenu mehaničkih svojstava metalnih materijala. Ona odražava sposobnost materijala da se odupru plastičnoj deformaciji kada su izloženi vanjskim silama.
Zatezna čvrstoća
Zatezna čvrstoća je sposobnost materijala da se odupre oštećenjima pod zateznim opterećenjem, što se konkretno izražava kao maksimalna vrijednost napona koju materijal može izdržati tokom procesa zatezanja. Kada zatezni napon na materijalu premaši njegovu zateznu čvrstoću, materijal će pretrpjeti plastičnu deformaciju ili lom.
Formula za izračun
Formula za izračunavanje zatezne čvrstoće (σt) je:
σt = F / A
Gdje je F maksimalna zatezna sila (Newton, N) koju uzorak može izdržati prije loma, a A je početna površina poprečnog presjeka uzorka (kvadratni milimetar, mm²).
Jedinica
Jedinica zatezne 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.
Utjecajni faktori
Na zateznu čvrstoću utiču mnogi faktori, uključujući hemijski sastav, mikrostrukturu, proces termičke obrade, metodu obrade itd. Različiti materijali imaju različite zatezne čvrstoće, pa je u praktičnoj primjeni potrebno odabrati odgovarajuće materijale na osnovu mehaničkih svojstava materijala.
Praktična primjena
Zatezna čvrstoća je veoma važan parametar u oblasti nauke i inženjerstva materijala i često se koristi za procjenu mehaničkih svojstava materijala. U smislu konstrukcijskog dizajna, odabira materijala, procjene sigurnosti itd., zatezna čvrstoća je faktor koji se mora uzeti u obzir. Na primjer, u građevinskom inženjerstvu, zatezna čvrstoća čelika je važan faktor u određivanju da li može izdržati opterećenja; u oblasti vazduhoplovstva, zatezna čvrstoća lakih i visokočvrstih materijala je ključna za osiguranje sigurnosti aviona.
Čvrstoća na zamor:
Zamor metala odnosi se 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 zamora metala često dolazi iznenada u kratkom vremenskom periodu bez očiglednih znakova.
Lokalnost u položaju: Do loma usljed zamora obično dolazi u lokalnim područjima gdje je koncentriran napon.
Osjetljivost na okolinu i nedostatke: Zamor metala je vrlo osjetljiv na okolinu i sitne nedostatke unutar materijala, što može ubrzati proces zamora.
Utjecajni faktori
Amplituda napona: Veličina napona direktno utiče na vijek trajanja metala pri zamoru.
Prosječna veličina napona: Što je prosječni napon veći, to je kraći vijek trajanja metala do zamora.
Broj ciklusa: Što je metal više puta izložen cikličkom naprezanju ili deformaciji, to je ozbiljnije nakupljanje oštećenja od zamora.
Preventivne mjere
Optimizirajte odabir materijala: Odaberite materijale s višim granicama zamora.
Smanjenje koncentracije napona: Smanjite koncentraciju napona strukturnim dizajnom ili metodama obrade, kao što je korištenje zaobljenih uglovih prijelaza, povećanje dimenzija poprečnog presjeka itd.
Površinska obrada: Poliranje, prskanje itd. na metalnoj površini radi smanjenja površinskih nedostataka i poboljšanja otpornosti na zamor.
Inspekcija i održavanje: Redovno pregledajte metalne komponente kako biste pravovremeno otkrili i popravili nedostatke poput pukotina; održavajte dijelove sklone zamoru, zamjenom istrošenih dijelova i ojačavanjem slabih karika.
Zamor metala je uobičajeni način loma metala, koji karakterizira naglost, lokalnost i osjetljivost na okolinu. Amplituda napona, prosječna magnituda napona i broj ciklusa su glavni faktori koji utiču na zamor metala.
SN kriva: opisuje vijek trajanja materijala pod različitim nivoima napona, gdje S predstavlja napon, a N predstavlja broj ciklusa napona.
Formula koeficijenta čvrstoće na zamor:
(Kf = Ka ∫ Kb ∫ Kc ∫ Kd ∫ Ke)
Gdje je (Ka) faktor opterećenja, (Kb) faktor veličine, (Kc) faktor temperature, (Kd) faktor kvalitete površine i (Ke) faktor pouzdanosti.
Matematički izraz SN krive:
(\sigma^m N = C)
Gdje je (⃗) napon, N je broj ciklusa napona, a m i C su materijalne konstante.
Koraci izračuna
Odredite materijalne konstante:
Odredite vrijednosti m i C eksperimentalno ili pozivanjem na relevantnu literaturu.
Određivanje faktora koncentracije napona: Uzmite u obzir stvarni oblik i veličinu dijela, kao i koncentraciju napona uzrokovanu zaobljenjima, žljebovima itd., kako biste odredili faktor koncentracije napona K. Izračunavanje čvrstoće na zamor: Prema SN krivulji i faktoru koncentracije napona, u kombinaciji s projektiranim vijekom trajanja i nivoom radnog napona dijela, izračunajte čvrstoću na zamor.
2. Plastičnost:
Plastičnost se odnosi na svojstvo materijala da, kada je izložen vanjskoj sili, proizvodi trajnu deformaciju bez pucanja kada vanjska sila premaši svoju granicu elastičnosti. Ova deformacija je nepovratna i materijal se neće vratiti u svoj prvobitni oblik čak i ako se vanjska sila ukloni.
Indeks plastičnosti i njegova formula za izračunavanje
Izduženje (δ)
Definicija: Izduženje je postotak ukupne deformacije mjernog presjeka nakon što je uzorak zateznim lomom dostigao prvobitnu mjernu dužinu.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Gdje je L0 originalna mjerna dužina uzorka;
L1 je mjerna dužina nakon loma uzorka.
Segmentalna redukcija (Ψ)
Definicija: Segmentalno smanjenje je postotak maksimalnog smanjenja površine poprečnog presjeka na mjestu suženja nakon što se uzorak prelomi do prvobitne površine poprečnog presjeka.
Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Gdje je F0 prvobitna površina poprečnog presjeka uzorka;
F1 je površina poprečnog presjeka na mjestu suženja nakon loma uzorka.
3. Tvrdoća
Tvrdoća metala je indeks mehaničkih svojstava koji mjeri tvrdoću metalnih materijala. Ona pokazuje sposobnost otpora deformaciji u lokalnom volumenu na površini metala.
Klasifikacija i predstavljanje tvrdoće metala
Tvrdoća metala ima različite metode klasifikacije i predstavljanja prema različitim metodama ispitivanja. Uglavnom uključuju sljedeće:
Tvrdoća po Brinellu (HB):
Područje primjene: Općenito se koristi kada je materijal mekši, kao što su obojeni metali, čelik prije termičke obrade ili nakon žarenja.
Princip ispitivanja: Određenom veličinom ispitnog opterećenja, kaljena čelična kuglica ili karbidna kuglica određenog promjera utiskuje se u površinu metala koji se ispituje, a opterećenje se rasterećuje nakon određenog vremena i mjeri se promjer udubljenja na površini koja se ispituje.
Formula za izračunavanje: Vrijednost tvrdoće po Brinellu je količnik dobijen dijeljenjem opterećenja sa sfernom površinom udubljenja.
Tvrdoća po Rockwellu (HR):
Područje primjene: Općenito se koristi za materijale veće tvrdoće, kao što je tvrdoća nakon termičke obrade.
Princip ispitivanja: Slično Brinellovoj tvrdoći, ali korištenjem različitih sondi (dijamant) i različitih metoda proračuna.
Vrste: U zavisnosti od primjene, postoje HRC (za materijale visoke tvrdoće), HRA, HRB i druge vrste.
Tvrdoća po Vickersu (HV):
Područje primjene: Pogodno za mikroskopsku analizu.
Princip ispitivanja: Pritisnite površinu materijala opterećenjem manjim od 120 kg i dijamantskim kvadratnim konusnim utiskivačem s uglom vrha od 136°, a zatim podijelite površinu udubljenja materijala s vrijednošću opterećenja da biste dobili vrijednost tvrdoće po Vickersu.
Tvrdoća po Leebu (HL):
Karakteristike: Prenosni tester tvrdoće, jednostavan za mjerenje.
Princip ispitivanja: Koristite odskok koji generira udarna kugla nakon udara u tvrdu površinu i izračunajte tvrdoću omjerom brzine odskoka probijača na 1 mm od površine uzorka i brzine udara.
Vrijeme objave: 25. septembar 2024.
