Preizkus natezne trdnosti se uporablja predvsem za ugotavljanje sposobnosti kovinskih materialov, da se uprejo poškodbam med postopkom raztezanja, in je eden od pomembnih indikatorjev za vrednotenje mehanskih lastnosti materialov.
1. Natezni preskus
Natezni preskus temelji na osnovnih načelih materialne mehanike. Z natezno obremenitvijo vzorca materiala pod določenimi pogoji povzroči natezno deformacijo, dokler se vzorec ne zlomi. Med preskusom se zabeleži deformacija poskusnega vzorca pri različnih obremenitvah in največja obremenitev, ko se vzorec zlomi, tako da se izračunajo meja tečenja, natezna trdnost in drugi kazalci delovanja materiala.
Napetost σ = F/A
σ je natezna trdnost (MPa)
F je natezna obremenitev (N)
A je površina prečnega prereza vzorca
2. Natezna krivulja
Analiza več faz procesa raztezanja:
a. V fazi OP z majhno obremenitvijo je raztezek v linearni povezavi z obremenitvijo, Fp pa je največja obremenitev za ohranitev ravne črte.
b. Ko obremenitev preseže Fp, začne natezna krivulja imeti nelinearno razmerje. Vzorec vstopi v začetno fazo deformacije in obremenitev se odstrani, vzorec pa se lahko vrne v prvotno stanje in se elastično deformira.
c. Ko obremenitev preseže Fe, se obremenitev odstrani, del deformacije se obnovi, del preostale deformacije pa se ohrani, kar imenujemo plastična deformacija. Fe se imenuje meja elastičnosti.
d. Ko se obremenitev še poveča, je natezna krivulja žagasta. Kadar se obremenitev ne poveča ali zmanjša, se pojav zveznega raztezanja poskusnega vzorca imenuje popuščanje. Po popuščanju se vzorec začne očitno plastično deformirati.
e. Po popuščanju vzorec kaže povečanje deformacijske odpornosti, delovne utrditve in deformacijske ojačitve. Ko obremenitev doseže Fb, se isti del vzorca močno skrči. Fb je meja moči.
f. Pojav krčenja povzroči zmanjšanje nosilnosti vzorca. Ko obremenitev doseže Fk, se vzorec zlomi. To se imenuje obremenitev zloma.
Moč tečenja
Meja tečenja je največja vrednost napetosti, ki jo kovinski material lahko prenese od začetka plastične deformacije do popolnega loma, ko je izpostavljen zunanji sili. Ta vrednost označuje kritično točko, kjer material prehaja iz stopnje elastične deformacije v stopnjo plastične deformacije.
Razvrstitev
Zgornja meja tečenja: nanaša se na največjo napetost vzorca, preden sila prvič pade, ko pride do tečenja.
Nižja meja tečenja: se nanaša na najmanjšo napetost v fazi tečenja, ko se začetni prehodni učinek zanemari. Ker je vrednost spodnje meje tečenja razmeroma stabilna, se običajno uporablja kot indikator odpornosti materiala, imenovan meja tečenja ali meja tečenja.
Formula za izračun
Za zgornjo mejo tečenja: R = F / Sₒ, kjer je F največja sila, preden sila prvič pade v fazi tečenja, Sₒ pa prvotna površina prečnega prereza vzorca.
Za nižjo mejo tečenja: R = F / Sₒ, kjer je F najmanjša sila F brez upoštevanja začetnega prehodnega učinka, Sₒ pa prvotna površina prečnega prereza vzorca.
Enota
Enota za mejo tečenja je običajno MPa (megapaskal) ali N/mm² (Newton na kvadratni milimeter).
Primer
Vzemimo za primer nizkoogljično jeklo, njegova meja tečenja je običajno 207 MPa. Ko je izpostavljeno zunanji sili, večji od te meje, bo jeklo z nizko vsebnostjo ogljika povzročilo trajno deformacijo in ga ni mogoče obnoviti; ko je izpostavljeno zunanji sili, ki je manjša od te meje, se lahko nizkoogljično jeklo vrne v prvotno stanje.
Meja tečenja je eden od pomembnih kazalcev za ocenjevanje mehanskih lastnosti kovinskih materialov. Odraža sposobnost materialov, da se uprejo plastičnim deformacijam, ko so izpostavljeni zunanjim silam.
Natezna trdnost
Natezna trdnost je sposobnost materiala, da se upre poškodbam pri natezni obremenitvi, kar je posebej izraženo kot največja vrednost napetosti, ki jo material lahko prenese med nateznim procesom. Ko natezna obremenitev materiala preseže njegovo natezno trdnost, bo material podvržen plastični deformaciji ali zlomu.
Formula za izračun
Formula za izračun natezne trdnosti (σt) je:
σt = F / A
Kjer je F največja natezna sila (Newton, N), ki jo lahko vzorec prenese, preden se zlomi, in A je prvotna površina prečnega prereza vzorca (kvadratni milimeter, mm²).
Enota
Enota natezne trdnosti je običajno MPa (megapaskal) ali N/mm² (Newton na kvadratni milimeter). 1 MPa je enak 1.000.000 newtonov na kvadratni meter, kar je prav tako enako 1 N/mm².
Vplivni dejavniki
Na natezno trdnost vpliva veliko dejavnikov, vključno s kemično sestavo, mikrostrukturo, postopkom toplotne obdelave, metodo obdelave itd. Različni materiali imajo različne natezne trdnosti, zato je v praktični uporabi treba izbrati ustrezne materiale na podlagi mehanskih lastnosti materiala. materialov.
Praktična uporaba
Natezna trdnost je zelo pomemben parameter na področju znanosti in inženiringa materialov in se pogosto uporablja za vrednotenje mehanskih lastnosti materialov. V smislu strukturne zasnove, izbire materiala, ocene varnosti itd. je natezna trdnost dejavnik, ki ga je treba upoštevati. Na primer, v gradbeništvu je natezna trdnost jekla pomemben dejavnik pri določanju, ali lahko prenese obremenitve; na področju vesoljske industrije je natezna trdnost lahkih in visokotrdnih materialov ključna za zagotavljanje varnosti letal.
Utrujalna trdnost:
Utrujanje kovin se nanaša na proces, v katerem materiali in komponente postopoma povzročijo lokalno trajno kumulativno poškodbo na enem ali več mestih pod ciklično obremenitvijo ali ciklično deformacijo in po določenem številu ciklov nastanejo razpoke ali nenadni popolni zlomi.
Lastnosti
Nenadnost v času: okvara zaradi utrujenosti kovin se pogosto pojavi nenadoma v kratkem času brez očitnih znakov.
Lokalnost v položaju: Odpoved zaradi utrujenosti se običajno pojavi na lokalnih območjih, kjer je skoncentriran stres.
Občutljivost na okolje in napake: Utrujanje kovin je zelo občutljivo na okolje in drobne napake znotraj materiala, ki lahko pospešijo proces utrujenosti.
Vplivni dejavniki
Amplituda napetosti: Velikost napetosti neposredno vpliva na vzdržljivost kovine.
Povprečna velikost napetosti: Večja kot je povprečna napetost, krajša je življenjska doba kovine ob utrujenosti.
Število ciklov: Večkrat kot je kovina pod ciklično obremenitvijo ali deformacijo, resnejše je kopičenje poškodb zaradi utrujenosti.
Preventivni ukrepi
Optimizirajte izbiro materiala: izberite materiale z višjimi mejami utrujenosti.
Zmanjšanje koncentracije napetosti: Zmanjšajte koncentracijo napetosti s konstrukcijskim načrtovanjem ali metodami obdelave, kot je uporaba prehodov z zaobljenimi koti, povečanje dimenzij prečnega prereza itd.
Površinska obdelava: poliranje, brizganje itd. na kovinski površini za zmanjšanje površinskih napak in izboljšanje trdnosti proti utrujenosti.
Pregled in vzdrževanje: redno pregledujte kovinske komponente, da takoj odkrijete in popravite napake, kot so razpoke; vzdrževanje delov, ki so nagnjeni k utrujenosti, kot je zamenjava obrabljenih delov in ojačitev šibkih členov.
Utrujenost kovin je pogost način odpovedi kovin, za katerega so značilni nenadnost, lokalnost in občutljivost na okolje. Amplituda napetosti, povprečna velikost napetosti in število ciklov so glavni dejavniki, ki vplivajo na utrujenost kovine.
Krivulja SN: opisuje življenjsko dobo materialov pod različnimi stopnjami obremenitve, kjer S predstavlja obremenitev, N pa število ciklov obremenitve.
Formula za koeficient utrujenosti:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Kjer je (Ka) faktor obremenitve, (Kb) faktor velikosti, (Kc) temperaturni faktor, (Kd) faktor kakovosti površine in (Ke) faktor zanesljivosti.
Matematični izraz krivulje SN:
(\sigma^m N = C)
Kjer je (\sigma) napetost, N število ciklov napetosti, m in C pa materialni konstanti.
Koraki izračuna
Določite materialne konstante:
Določite vrednosti m in C s poskusi ali s sklicevanjem na ustrezno literaturo.
Določite faktor koncentracije napetosti: Upoštevajte dejansko obliko in velikost dela ter koncentracijo napetosti, ki jo povzročajo kotniki, utori itd., da določite faktor koncentracije napetosti K. Izračunajte trdnost ob utrujenosti: glede na krivuljo SN in napetost faktor koncentracije, skupaj z načrtovano življenjsko dobo in delovno obremenitvijo dela, izračuna trdnost proti utrujenosti.
2. Plastičnost:
Plastičnost se nanaša na lastnost materiala, ki pod vplivom zunanje sile povzroči trajno deformacijo brez zloma, ko zunanja sila preseže mejo elastičnosti. Ta deformacija je nepovratna in material se ne bo vrnil v prvotno obliko, tudi če zunanjo silo odstranimo.
Indeks plastičnosti in njegova formula za izračun
Raztezek (δ)
Opredelitev: Raztezek je odstotek skupne deformacije profila po tem, ko je vzorec natezno prelomljen na prvotno merilno dolžino.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
kjer je L0 prvotna merilna dolžina vzorca;
L1 je merilna dolžina po prelomu vzorca.
Segmentno zmanjšanje (Ψ)
Opredelitev: Segmentno zmanjšanje je odstotek največjega zmanjšanja površine prečnega prereza na vratu po tem, ko je vzorec prelomljen na prvotno površino prečnega prereza.
Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
kjer je F0 prvotna površina prečnega prereza vzorca;
F1 je površina prečnega prereza na mestu vratu po prelomu vzorca.
3. Trdota
Trdota kovin je indeks mehanskih lastnosti za merjenje trdote kovinskih materialov. Označuje sposobnost odpornosti proti deformacijam v lokalnem volumnu na kovinski površini.
Razvrstitev in predstavitev trdote kovin
Trdota kovin ima različne metode razvrščanja in predstavljanja glede na različne preskusne metode. V glavnem vključujejo naslednje:
Brinellova trdota (HB):
Področje uporabe: Na splošno se uporablja, ko je material mehkejši, kot so neželezne kovine, jeklo pred toplotno obdelavo ali po žarjenju.
Načelo preskusa: z določeno velikostjo preskusne obremenitve se kaljena jeklena kroglica ali karbidna kroglica določenega premera pritisne na površino kovine, ki jo je treba preskusiti, obremenitev pa se po določenem času razbremeni in premer vdolbine na površini, ki se preskuša.
Formula za izračun: Brinellova trdota je količnik, ki ga dobimo tako, da obremenitev delimo s sferično površino vdolbine.
Trdota po Rockwellu (HR):
Področje uporabe: Na splošno se uporablja za materiale z večjo trdoto, kot je trdota po toplotni obdelavi.
Princip testiranja: Podobno trdoti po Brinellu, vendar z uporabo različnih sond (diamantnih) in različnih metod izračuna.
Vrste: Glede na uporabo obstajajo HRC (za materiale z visoko trdoto), HRA, HRB in druge vrste.
Vickersova trdota (HV):
Področje uporabe: Primerno za mikroskopsko analizo.
Načelo preskusa: Stisnite površino materiala z obremenitvijo, manjšo od 120 kg, in diamantnim kvadratnim stožčastim vbodom z vrhnim kotom 136° in delite površino vdolbine materiala z vrednostjo obremenitve, da dobite vrednost trdote po Vickersu.
Leebova trdota (HL):
Lastnosti: Prenosni merilnik trdote, enostaven za merjenje.
Načelo preskusa: Uporabite odboj, ki ga ustvari udarna krogla po udarcu v površino trdote, in izračunajte trdoto z razmerjem med hitrostjo odboja udarca na 1 mm od površine vzorca in hitrostjo udarca.
Čas objave: 25. septembra 2024
