Η δοκιμή αντοχής σε εφελκυσμό χρησιμοποιείται κυρίως για τον προσδιορισμό της ικανότητας των μεταλλικών υλικών να αντιστέκονται στη φθορά κατά τη διαδικασία τάνυσης και είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες για την αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών.
1. Δοκιμή εφελκυσμού
Η δοκιμή εφελκυσμού βασίζεται στις βασικές αρχές της μηχανικής των υλικών. Εφαρμόζοντας εφελκυστικό φορτίο στο δείγμα υλικού υπό ορισμένες συνθήκες, προκαλείται παραμόρφωση εφελκυσμού μέχρι να σπάσει το δείγμα. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, καταγράφεται η παραμόρφωση του πειραματικού δείγματος υπό διαφορετικά φορτία και το μέγιστο φορτίο όταν το δείγμα σπάει, έτσι ώστε να υπολογιστεί η αντοχή διαρροής, η αντοχή εφελκυσμού και άλλοι δείκτες απόδοσης του υλικού.
Στρες σ = F/A
σ είναι η αντοχή σε εφελκυσμό (MPa)
F είναι το φορτίο εφελκυσμού (N)
A είναι η περιοχή διατομής του δείγματος
2. Καμπύλη εφελκυσμού
Ανάλυση πολλών σταδίων της διαδικασίας διάτασης:
ένα. Στο στάδιο OP με μικρό φορτίο, η επιμήκυνση βρίσκεται σε γραμμική σχέση με το φορτίο και το Fp είναι το μέγιστο φορτίο για τη διατήρηση της ευθείας γραμμής.
σι. Αφού το φορτίο υπερβεί το Fp, η καμπύλη εφελκυσμού αρχίζει να παίρνει μια μη γραμμική σχέση. Το δείγμα εισέρχεται στο αρχικό στάδιο παραμόρφωσης και το φορτίο αφαιρείται και το δείγμα μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση και να παραμορφωθεί ελαστικά.
ντο. Αφού το φορτίο υπερβεί το Fe, το φορτίο αφαιρείται, μέρος της παραμόρφωσης αποκαθίσταται και μέρος της υπολειπόμενης παραμόρφωσης διατηρείται, το οποίο ονομάζεται πλαστική παραμόρφωση. Fe ονομάζεται όριο ελαστικότητας.
ρε. Όταν το φορτίο αυξάνεται περαιτέρω, η καμπύλη εφελκυσμού δείχνει πριονωτή. Όταν το φορτίο δεν αυξάνεται ή μειώνεται, το φαινόμενο της συνεχούς επιμήκυνσης του πειραματικού δείγματος ονομάζεται απόδοση. Μετά την υποχώρηση, το δείγμα αρχίζει να υφίσταται εμφανή πλαστική παραμόρφωση.
μι. Μετά την υποχώρηση, το δείγμα παρουσιάζει αύξηση στην αντίσταση παραμόρφωσης, σκλήρυνση εργασίας και ενίσχυση παραμόρφωσης. Όταν το φορτίο φτάσει στο Fb, το ίδιο τμήμα του δείγματος συρρικνώνεται απότομα. Το Fb είναι το όριο ισχύος.
φά. Το φαινόμενο συρρίκνωσης οδηγεί σε μείωση της φέρουσας ικανότητας του δείγματος. Όταν το φορτίο φτάσει στο Fk, το δείγμα σπάει. Αυτό ονομάζεται φορτίο κατάγματος.
Ισχύς απόδοσης
Η αντοχή διαρροής είναι η μέγιστη τιμή τάσης που μπορεί να αντέξει ένα μεταλλικό υλικό από την αρχή της πλαστικής παραμόρφωσης έως την πλήρη θραύση όταν υποβάλλεται σε εξωτερική δύναμη. Αυτή η τιμή σηματοδοτεί το κρίσιμο σημείο όπου το υλικό μεταβαίνει από το στάδιο ελαστικής παραμόρφωσης στο στάδιο πλαστικής παραμόρφωσης.
Ταξινόμηση
Ανώτερη ισχύς διαρροής: αναφέρεται στη μέγιστη τάση του δείγματος πριν πέσει η δύναμη για πρώτη φορά όταν συμβεί η υποχώρηση.
Χαμηλότερη ισχύς διαρροής: αναφέρεται στην ελάχιστη τάση στο στάδιο διαρροής όταν αγνοείται το αρχικό παροδικό φαινόμενο. Δεδομένου ότι η τιμή του χαμηλότερου σημείου διαρροής είναι σχετικά σταθερή, χρησιμοποιείται συνήθως ως δείκτης αντίστασης υλικού, που ονομάζεται σημείο διαρροής ή αντοχή διαρροής.
Τύπος υπολογισμού
Για ανώτερη αντοχή διαρροής: R = F / Sₒ, όπου F είναι η μέγιστη δύναμη πριν πέσει η δύναμη για πρώτη φορά στο στάδιο διαρροής και Sₒ είναι η αρχική περιοχή διατομής του δείγματος.
Για χαμηλότερη αντοχή διαρροής: R = F / Sₒ, όπου F είναι η ελάχιστη δύναμη F αγνοώντας το αρχικό μεταβατικό αποτέλεσμα, και Sₒ είναι η αρχική περιοχή διατομής του δείγματος.
Μονάδα
Η μονάδα ισχύος διαρροής είναι συνήθως MPa (megapascal) ή N/mm² (Newton ανά τετραγωνικό χιλιοστό).
Παράδειγμα
Πάρτε για παράδειγμα χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, το όριο απόδοσης του είναι συνήθως 207 MPa. Όταν υποβάλλεται σε εξωτερική δύναμη μεγαλύτερη από αυτό το όριο, ο χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα θα προκαλέσει μόνιμη παραμόρφωση και δεν μπορεί να αποκατασταθεί. όταν υποβάλλεται σε εξωτερική δύναμη μικρότερη από αυτό το όριο, ο χάλυβας με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση.
Η αντοχή διαρροής είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες για την αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων των μεταλλικών υλικών. Αντανακλά την ικανότητα των υλικών να αντιστέκονται στην πλαστική παραμόρφωση όταν υποβάλλονται σε εξωτερικές δυνάμεις.
Αντοχή σε εφελκυσμό
Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στη φθορά υπό εφελκυστικό φορτίο, η οποία εκφράζεται συγκεκριμένα ως η μέγιστη τιμή τάσης που μπορεί να αντέξει το υλικό κατά τη διαδικασία εφελκυσμού. Όταν η τάση εφελκυσμού στο υλικό υπερβαίνει την αντοχή του σε εφελκυσμό, το υλικό θα υποστεί πλαστική παραμόρφωση ή θραύση.
Τύπος υπολογισμού
Ο τύπος υπολογισμού της αντοχής σε εφελκυσμό (σt) είναι:
σt = F / A
Όπου F είναι η μέγιστη δύναμη εφελκυσμού (Newton, N) που μπορεί να αντέξει το δείγμα πριν από τη θραύση, και A είναι η αρχική περιοχή διατομής του δείγματος (τετραγωνικό χιλιοστό, mm²).
Μονάδα
Η μονάδα αντοχής σε εφελκυσμό είναι συνήθως MPa (megapascal) ή N/mm² (Newton ανά τετραγωνικό χιλιοστό). 1 MPa ισούται με 1.000.000 Newton ανά τετραγωνικό μέτρο, που είναι επίσης ίσο με 1 N/mm².
Παράγοντες που επηρεάζουν
Η αντοχή σε εφελκυσμό επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως η χημική σύνθεση, η μικροδομή, η διαδικασία θερμικής επεξεργασίας, η μέθοδος επεξεργασίας κ.λπ. υλικά.
Πρακτική εφαρμογή
Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος στον τομέα της επιστήμης και της μηχανικής των υλικών και χρησιμοποιείται συχνά για την αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών. Όσον αφορά τον δομικό σχεδιασμό, την επιλογή υλικού, την αξιολόγηση ασφάλειας κ.λπ., η αντοχή σε εφελκυσμό είναι ένας παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη. Για παράδειγμα, στη μηχανική κατασκευών, η αντοχή σε εφελκυσμό του χάλυβα είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τον προσδιορισμό του αν μπορεί να αντέξει φορτία. στον τομέα της αεροδιαστημικής, η αντοχή σε εφελκυσμό των ελαφρών και υψηλής αντοχής υλικών είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της ασφάλειας των αεροσκαφών.
Δύναμη κόπωσης:
Η κόπωση μετάλλων αναφέρεται στη διαδικασία κατά την οποία τα υλικά και τα εξαρτήματα προκαλούν σταδιακά τοπική μόνιμη σωρευτική βλάβη σε ένα ή περισσότερα σημεία υπό κυκλική καταπόνηση ή κυκλική καταπόνηση και εμφανίζονται ρωγμές ή ξαφνικά ολόκληρα σπασίματα μετά από ορισμένο αριθμό κύκλων.
Χαρακτηριστικά
Ξαφνικό χρόνο: Η αστοχία κόπωσης μετάλλου εμφανίζεται συχνά ξαφνικά σε σύντομο χρονικό διάστημα χωρίς εμφανή σημάδια.
Τοπικότητα στη θέση: Η αποτυχία κόπωσης εμφανίζεται συνήθως σε τοπικές περιοχές όπου το άγχος είναι συγκεντρωμένο.
Ευαισθησία στο περιβάλλον και τα ελαττώματα: Η κόπωση μετάλλων είναι πολύ ευαίσθητη στο περιβάλλον και μικροσκοπικά ελαττώματα μέσα στο υλικό, τα οποία μπορεί να επιταχύνουν τη διαδικασία κόπωσης.
Παράγοντες που επηρεάζουν
Πλάτος καταπόνησης: Το μέγεθος της τάσης επηρεάζει άμεσα τη διάρκεια κόπωσης του μετάλλου.
Μέσο μέγεθος τάσης: Όσο μεγαλύτερη είναι η μέση τάση, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια κόπωσης του μετάλλου.
Αριθμός κύκλων: Όσο περισσότερες φορές το μέταλλο βρίσκεται υπό κυκλική καταπόνηση ή καταπόνηση, τόσο πιο σοβαρή είναι η συσσώρευση βλάβης από κόπωση.
Προληπτικά μέτρα
Βελτιστοποίηση επιλογής υλικού: Επιλέξτε υλικά με υψηλότερα όρια κόπωσης.
Μείωση συγκέντρωσης τάσεων: Μειώστε τη συγκέντρωση τάσεων μέσω δομικού σχεδιασμού ή μεθόδων επεξεργασίας, όπως η χρήση στρογγυλεμένων γωνιακών μεταβάσεων, αύξηση των διαστάσεων διατομής κ.λπ.
Επεξεργασία επιφάνειας: Γυάλισμα, ψεκασμός κ.λπ. στη μεταλλική επιφάνεια για μείωση των επιφανειακών ελαττωμάτων και βελτίωση της αντοχής στην κόπωση.
Επιθεώρηση και συντήρηση: Επιθεωρείτε τακτικά μεταλλικά εξαρτήματα για να ανιχνεύσετε και να επισκευάσετε αμέσως ελαττώματα όπως ρωγμές. διατηρήστε τα επιρρεπή στην κόπωση εξαρτήματα, όπως η αντικατάσταση φθαρμένων εξαρτημάτων και η ενίσχυση των αδύναμων συνδέσμων.
Η κόπωση μετάλλων είναι ένας συνηθισμένος τρόπος αστοχίας μετάλλου, ο οποίος χαρακτηρίζεται από ξαφνική, εντοπιότητα και ευαισθησία στο περιβάλλον. Το πλάτος της τάσης, το μέσο μέγεθος τάσης και ο αριθμός των κύκλων είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την κόπωση του μετάλλου.
Καμπύλη SN: περιγράφει τη ζωή κόπωσης των υλικών κάτω από διαφορετικά επίπεδα τάσης, όπου το S αντιπροσωπεύει την τάση και το N αντιπροσωπεύει τον αριθμό των κύκλων τάσης.
Τύπος συντελεστή αντοχής κόπωσης:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Όπου (Ka) είναι ο συντελεστής φορτίου, (Kb) είναι ο παράγοντας μεγέθους, (Kc) είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας, (Kd) είναι ο συντελεστής ποιότητας επιφάνειας και (Ke) είναι ο παράγοντας αξιοπιστίας.
Μαθηματική έκφραση καμπύλης SN:
(\sigma^m N = C)
Όπου (\sigma) είναι τάση, N είναι ο αριθμός των κύκλων τάσεων και m και C είναι υλικές σταθερές.
Βήματα υπολογισμού
Προσδιορίστε τις υλικές σταθερές:
Προσδιορίστε τις τιμές των m και C μέσω πειραμάτων ή ανατρέχοντας στη σχετική βιβλιογραφία.
Προσδιορίστε τον παράγοντα συγκέντρωσης τάσης: Λάβετε υπόψη το πραγματικό σχήμα και το μέγεθος του εξαρτήματος, καθώς και τη συγκέντρωση τάσης που προκαλείται από φιλέτα, κλειδαριές κ.λπ., για να προσδιορίσετε τον παράγοντα συγκέντρωσης τάσης K. Υπολογίστε την αντοχή κόπωσης: Σύμφωνα με την καμπύλη SN και την τάση ο συντελεστής συγκέντρωσης, σε συνδυασμό με τη διάρκεια ζωής σχεδιασμού και το επίπεδο καταπόνησης εργασίας του εξαρτήματος, υπολογίζουν την αντοχή σε κόπωση.
2. Πλαστικότητα:
Η πλαστικότητα αναφέρεται στην ιδιότητα ενός υλικού που, όταν υποβάλλεται σε εξωτερική δύναμη, παράγει μόνιμη παραμόρφωση χωρίς θραύση όταν η εξωτερική δύναμη υπερβαίνει το ελαστικό του όριο. Αυτή η παραμόρφωση είναι μη αναστρέψιμη και το υλικό δεν θα επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα ακόμα και αν αφαιρεθεί η εξωτερική δύναμη.
Δείκτης πλαστικότητας και τύπος υπολογισμού του
Επιμήκυνση (δ)
Ορισμός: Η επιμήκυνση είναι το ποσοστό της συνολικής παραμόρφωσης του τμήματος του μετρητή μετά τη θραύση του δείγματος στο αρχικό μήκος του μετρητή.
Τύπος: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Όπου L0 είναι το αρχικό μήκος μετρητή του δείγματος.
L1 είναι το μήκος του μετρητή μετά το σπάσιμο του δείγματος.
Τμηματική μείωση (Ψ)
Ορισμός: Η τμηματική μείωση είναι το ποσοστό της μέγιστης μείωσης στην περιοχή της διατομής στο σημείο του λαιμού μετά το σπάσιμο του δείγματος στην αρχική περιοχή διατομής.
Τύπος: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Όπου F0 είναι η αρχική περιοχή διατομής του δείγματος.
F1 είναι η περιοχή διατομής στο σημείο λαιμού μετά το σπάσιμο του δείγματος.
3. Σκληρότητα
Η σκληρότητα του μετάλλου είναι ένας δείκτης μηχανικής ιδιότητας για τη μέτρηση της σκληρότητας των μεταλλικών υλικών. Υποδεικνύει την ικανότητα αντίστασης στην παραμόρφωση στον τοπικό όγκο στη μεταλλική επιφάνεια.
Ταξινόμηση και αναπαράσταση της σκληρότητας του μετάλλου
Η σκληρότητα του μετάλλου έχει μια ποικιλία μεθόδων ταξινόμησης και αναπαράστασης σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους δοκιμής. Περιλαμβάνουν κυρίως τα ακόλουθα:
Σκληρότητα Brinell (HB):
Πεδίο εφαρμογής: Γενικά χρησιμοποιείται όταν το υλικό είναι πιο μαλακό, όπως μη σιδηρούχα μέταλλα, χάλυβας πριν από τη θερμική επεξεργασία ή μετά την ανόπτηση.
Αρχή δοκιμής: Με ένα ορισμένο μέγεθος δοκιμαστικού φορτίου, μια σφαίρα από σκληρυμένο χάλυβα ή σφαίρα καρβιδίου ορισμένης διαμέτρου πιέζεται στην επιφάνεια του μετάλλου που πρόκειται να δοκιμαστεί και το φορτίο εκφορτώνεται μετά από καθορισμένο χρόνο και τη διάμετρο της εσοχής στην επιφάνεια που θα δοκιμαστεί μετράται.
Τύπος υπολογισμού: Η τιμή σκληρότητας Brinell είναι το πηλίκο που προκύπτει από τη διαίρεση του φορτίου με το εμβαδόν της σφαιρικής επιφάνειας της εσοχής.
Σκληρότητα Rockwell (HR):
Πεδίο εφαρμογής: Γενικά χρησιμοποιείται για υλικά με υψηλότερη σκληρότητα, όπως σκληρότητα μετά από θερμική επεξεργασία.
Αρχή δοκιμής: Παρόμοια με τη σκληρότητα Brinell, αλλά χρησιμοποιώντας διαφορετικούς ανιχνευτές (διαμάντι) και διαφορετικές μεθόδους υπολογισμού.
Τύποι: Ανάλογα με την εφαρμογή, υπάρχουν HRC (για υλικά υψηλής σκληρότητας), HRA, HRB και άλλοι τύποι.
Σκληρότητα Vickers (HV):
Πεδίο εφαρμογής: Κατάλληλο για ανάλυση μικροσκοπίου.
Αρχή δοκιμής: Πιέστε την επιφάνεια του υλικού με φορτίο μικρότερο από 120 kg και ένα διαμαντένιο τετράγωνο κωνικό εσοχή με γωνία κορυφής 136° και διαιρέστε την επιφάνεια του λάκκου εσοχής υλικού με την τιμή φορτίου για να λάβετε την τιμή σκληρότητας Vickers.
Σκληρότητα Leeb (HL):
Χαρακτηριστικά: Φορητός ελεγκτής σκληρότητας, εύκολος στη μέτρηση.
Αρχή δοκιμής: Χρησιμοποιήστε την αναπήδηση που δημιουργείται από την κεφαλή της σφαίρας κρούσης μετά την πρόσκρουση στην επιφάνεια σκληρότητας και υπολογίστε τη σκληρότητα με την αναλογία της ταχύτητας ανάκαμψης της διάτρησης στο 1 mm από την επιφάνεια του δείγματος προς την ταχύτητα κρούσης.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-25-2024
