Περίληψη των μηχανικών ιδιοτήτων των μεταλλικών υλικών

Η δοκιμή εφελκυσμού της αντοχής χρησιμοποιείται κυρίως για τον προσδιορισμό της ικανότητας των μεταλλικών υλικών να αντιστέκονται στη ζημιά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας τέντωμα 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 υλικού. Εφαρμόζοντας φορτίο εφελκυσμού στο δείγμα υλικού υπό ορισμένες συνθήκες, προκαλεί παραμόρφωση εφελκυσμού μέχρι να σπάσει το δείγμα. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, η παραμόρφωση του πειραματικού δείγματος κάτω από διαφορετικά φορτία και το μέγιστο φορτίο όταν καταγράφονται τα διαλείμματα δείγματος, έτσι ώστε να υπολογιστεί η αντοχή απόδοσης, η αντοχή σε εφελκυσμό και άλλοι δείκτες απόδοσης του υλικού.

Άγχος σ = f/a

σ είναι η αντοχή εφελκυσμού (MPA)

F είναι το φορτίο εφελκυσμού (n)

Το Α είναι η διατομεακή περιοχή του δείγματος

2. Καμπύλη εφελκυσμού

Ανάλυση αρκετών σταδίων της διαδικασίας τέντωμα:

ένα. Στο στάδιο OP με ένα μικρό φορτίο, η επιμήκυνση βρίσκεται σε γραμμική σχέση με το φορτίο και το FP είναι το μέγιστο φορτίο για να διατηρηθεί η ευθεία γραμμή.

σι. Αφού το φορτίο υπερβαίνει το FP, η καμπύλη εφελκυσμού αρχίζει να λαμβάνει 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 υπερβαίνει το Fe, το φορτίο απομακρύνεται, αποκαθίσταται μέρος της παραμόρφωσης και διατηρείται μέρος της υπολειμματικής παραμόρφωσης, η οποία ονομάζεται πλαστική παραμόρφωση. Το FE ονομάζεται ελαστικό όριο.

ρε. Όταν το φορτίο αυξάνεται περαιτέρω, η καμπύλη εφελκυσμού δείχνει πριονιστήρια. Όταν το φορτίο δεν αυξάνεται ή μειώνεται, το φαινόμενο της συνεχούς επιμήκυνσης του πειραματικού δείγματος ονομάζεται απόδοση. Μετά την απόδοση, το δείγμα αρχίζει να υφίσταται προφανή πλαστική παραμόρφωση.

μι. Μετά την απόδοση, το δείγμα δείχνει αύξηση της αντίστασης παραμόρφωσης, της σκλήρυνσης και της ενίσχυσης της παραμόρφωσης. Όταν το φορτίο φτάσει στο FB, το ίδιο μέρος του δείγματος συρρικνώνεται απότομα. Το FB είναι το όριο αντοχής.

φά. Το φαινόμενο συρρίκνωσης οδηγεί σε μείωση της ικανότητας εδράνου του δείγματος. Όταν το φορτίο φτάσει στο FK, το δείγμα σπάει. Αυτό ονομάζεται φορτίο κατάγματος.

Απόδοση

Η ισχύς απόδοσης είναι η μέγιστη τιμή τάσης που μπορεί να αντέξει ένα μεταλλικό υλικό από την έναρξη της πλαστικής παραμόρφωσης για να ολοκληρωθεί το κάταγμα όταν υποβάλλεται σε εξωτερική δύναμη. Αυτή η τιμή σηματοδοτεί το κρίσιμο σημείο όπου το υλικό μεταβαίνει από το στάδιο της ελαστικής παραμόρφωσης στο στάδιο της πλαστικής παραμόρφωσης.

Ταξινόμηση

Ανώτατη ισχύς απόδοσης: Αναφέρεται στη μέγιστη τάση του δείγματος πριν από την πτώση της δύναμης για πρώτη φορά όταν παρατηρείται απόδοση.

Χαμηλότερη ισχύς απόδοσης: αναφέρεται στην ελάχιστη τάση στο στάδιο απόδοσης όταν αγνοείται το αρχικό παροδικό αποτέλεσμα. Δεδομένου ότι η τιμή του χαμηλότερου σημείου απόδοσης είναι σχετικά σταθερή, χρησιμοποιείται συνήθως ως δείκτης αντίστασης υλικού, που ονομάζεται σημείο απόδοσης ή αντοχή απόδοσης.

Τύπος υπολογισμού

Για την άνω αντοχή απόδοσης: r = f / sₒ, όπου το F είναι η μέγιστη δύναμη πριν η δύναμη πέσει για πρώτη φορά στο στάδιο της απόδοσης και το Sₒ είναι η αρχική περιοχή διατομής του δείγματος.

Για χαμηλότερη ισχύ απόδοσης: r = f / sₒ, όπου F είναι η ελάχιστη δύναμη F που αγνοεί το αρχικό παροδικό αποτέλεσμα και το Sₒ είναι η αρχική περιοχή εγκάρσιας τομής του δείγματος.

Μονάδα

Η μονάδα αντοχής απόδοσης είναι συνήθως MPa (megapascal) ή n/mm² (Newton ανά τετραγωνικό χιλιοστό).

Παράδειγμα

Πάρτε χάλυβα χαμηλής ανθρακούχου χάλυβα ως παράδειγμα, το όριο απόδοσης του είναι συνήθως 207MPa. Όταν υποβάλλονται σε εξωτερική δύναμη μεγαλύτερη από αυτό το όριο, ο χάλυβας χαμηλού ανθρακούχου θα παράγει μόνιμη παραμόρφωση και δεν μπορεί να αποκατασταθεί. Όταν υποβάλλονται σε εξωτερική δύναμη μικρότερη από αυτό το όριο, ο χάλυβας χαμηλής ανθρακούχου μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση.

Η ισχύς απόδοσης είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες για την αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων των μεταλλικών υλικών. Αντικατοπτρίζει την ικανότητα των υλικών να αντιστέκονται στην πλαστική παραμόρφωση όταν υποβάλλονται σε εξωτερικές δυνάμεις.

Αντοχή σε εφελκυσμό

Η αντοχή εφελκυσμού είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται σε βλάβες κάτω από φορτίο εφελκυσμού, το οποίο εκφράζεται ειδικά ως η μέγιστη τιμή τάσης που μπορεί να αντέξει το υλικό κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εφελκυσμού. Όταν η τάση εφελκυσμού στο υλικό υπερβαίνει την αντοχή εφελκυσμού του, το υλικό θα υποβληθεί σε πλαστική παραμόρφωση ή κάταγμα.

Τύπος υπολογισμού

Ο τύπος υπολογισμού για αντοχή σε εφελκυσμό (σt) είναι:

σt = f / a

Όπου F είναι η μέγιστη δύναμη εφελκυσμού (Newton, N) που το δείγμα μπορεί να αντέξει πριν από το σπάσιμο, και Α είναι η αρχική εγκάρσια περιοχή του δείγματος (τετραγωνικό χιλιοστό, mm²).

Μονάδα

Η μονάδα αντοχής εφελκυσμού είναι συνήθως MPa (Megapascal) ή N/mm² (Newton ανά τετραγωνικό χιλιοστό). 1 MPa είναι ίσο με 1.000.000 Newton ανά τετραγωνικό μέτρο, το οποίο είναι επίσης ίσο με 1 N/mm².

Παράγοντες επιρροής

Η αντοχή σε εφελκυσμό επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως η χημική σύνθεση, η μικροδομή, η διαδικασία θερμικής επεξεργασίας, η μέθοδος επεξεργασίας κλπ. Διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές αντοχές εφελκυσμού, έτσι σε πρακτικές εφαρμογές, είναι απαραίτητο να επιλέξετε κατάλληλα υλικά με βάση τις μηχανικές ιδιότητες του 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 της ασφάλειας κ.λπ., η αντοχή σε εφελκυσμό είναι ένας παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη. Για παράδειγμα, στη μηχανική κατασκευής, η αντοχή εφελκυσμού του χάλυβα είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τον προσδιορισμό του εάν μπορεί να αντέξει τα φορτία. Στον τομέα της αεροδιαστημικής, η αντοχή σε εφελκυσμό των ελαφρών και υψηλών αντοχικών υλικών είναι το κλειδί για την εξασφάλιση της ασφάλειας των αεροσκαφών.

Αντοχή κόπωσης:

Η μεταλλική κόπωση αναφέρεται στη διαδικασία στην οποία τα υλικά και τα εξαρτήματα παράγουν σταδιακά τοπικές μόνιμες σωρευτικές βλάβες σε ένα ή διάφορα σημεία υπό κυκλική τάση ή κυκλική καταπόνηση και ρωγμές ή ξαφνικά πλήρη κατάγματα εμφανίζονται μετά από ορισμένο αριθμό κύκλων.

Χαρακτηριστικά

Ξαφνικότητα στο χρόνο: Η αποτυχία της κόπωσης μετάλλων εμφανίζεται συχνά ξαφνικά σε σύντομο χρονικό διάστημα χωρίς προφανή σημάδια.

Τοποθεσία στη θέση: Η αποτυχία κόπωσης συμβαίνει συνήθως σε τοπικές περιοχές όπου το άγχος συγκεντρώνεται.

Η ευαισθησία στο περιβάλλον και τα ελαττώματα: η κόπωση μετάλλων είναι πολύ ευαίσθητη στο περιβάλλον και τα μικροσκοπικά ελαττώματα μέσα στο υλικό, τα οποία μπορεί να επιταχύνουν τη διαδικασία κόπωσης.

Παράγοντες επιρροής

Πλάτος τάσης: Το μέγεθος του στρες επηρεάζει άμεσα τη διάρκεια ζωής του μετάλλου.

Μέσο μέγεθος στρες: Όσο μεγαλύτερη είναι η μέση τάση, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια ζωής του μετάλλου.

Αριθμός κύκλων: Όσο περισσότερες φορές το μέταλλο βρίσκεται υπό κυκλική τάση ή καταπόνηση, τόσο πιο σοβαρή είναι η συσσώρευση βλάβης κόπωσης.

Προληπτικά μέτρα

Βελτιστοποιήστε την επιλογή υλικού: Επιλέξτε υλικά με υψηλότερα όρια κόπωσης.

Μείωση της συγκέντρωσης στρες: Μειώστε τη συγκέντρωση στρες μέσω δομικών μεθόδων σχεδιασμού ή επεξεργασίας, όπως χρησιμοποιώντας στρογγυλεμένες μεταβάσεις γωνίας, αυξάνοντας τις διαστάσεις εγκάρσιας τομής κ.λπ.

Επεξεργασία επιφάνειας: στίλβωση, ψεκασμός κλπ. Στον μεταλλικό επιφάνεια για να μειώσουν τα ελαττώματα της επιφάνειας και να βελτιώσουν την αντοχή κόπωσης.

Επιθεώρηση και συντήρηση: Επιθεωρούν τακτικά τα μεταλλικά εξαρτήματα για να εντοπίσουν αμέσως και να επισκευαστούν ελαττώματα όπως ρωγμές. Διατηρήστε τα μέρη επιρρεπή σε κόπωση, όπως η αντικατάσταση φθαρμένων τμημάτων και η ενίσχυση των αδύναμων δεσμών.

Η μεταλλική κόπωση είναι ένας κοινός τρόπος αποτυχίας μετάλλων, η οποία χαρακτηρίζεται από ξαφνότητα, τοποθεσία και ευαισθησία στο περιβάλλον. Το πλάτος του στρες, το μέσο μέγεθος του στρες και ο αριθμός των κύκλων είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την κόπωση των μετάλλων.

Curve SN: Περιγράφει τη διάρκεια ζωής των υλικών σε διαφορετικά επίπεδα στρες, όπου το S αντιπροσωπεύει το στρες και το Ν αντιπροσωπεύει τον αριθμό των κύκλων στρες.

Τύπος συντελεστή αντοχής κόπωσης:

(Kf = ka \ cdot kb \ cdot kc \ cdot kd \ cdot ke)

Όπου (KA) είναι ο συντελεστής φορτίου, (KB) είναι ο συντελεστής μεγέθους, (KC) είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας, (KD) είναι ο συντελεστής ποιότητας της επιφάνειας και (KE) είναι ο παράγοντας αξιοπιστίας.

Μαθηματική έκφραση καμπύλης SN:

(\ sigma^m n = c)

Όπου (\ sigma) είναι άγχος, n είναι ο αριθμός των κύκλων τάσης, και m και c είναι υλικές σταθερές.

Βήματα υπολογισμού

Προσδιορίστε τις σταθερές του υλικού:

Προσδιορίστε τις τιμές των M και C μέσω πειραμάτων ή αναφέροντας τη σχετική βιβλιογραφία.

Προσδιορίστε τον συντελεστή συγκέντρωσης τάσης: Εξετάστε το πραγματικό σχήμα και το μέγεθος του τμήματος, καθώς και τη συγκέντρωση στρες που προκαλείται από φιλέτα, keyways κ.λπ. Ο συντελεστής συγκέντρωσης, σε συνδυασμό με το επίπεδο ζωής και το επίπεδο εργασίας του τμήματος, υπολογίζουν την αντοχή κόπωσης.

2. Πλαστικότητα:

Η πλαστικότητα αναφέρεται στην ιδιότητα ενός υλικού που, όταν υποβάλλεται σε εξωτερική δύναμη, παράγει μόνιμη παραμόρφωση χωρίς να σπάσει όταν η εξωτερική δύναμη υπερβαίνει το ελαστικό όριο της. Αυτή η παραμόρφωση είναι μη αναστρέψιμη και το υλικό δεν θα επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα, ακόμη και αν η εξωτερική δύναμη αφαιρεθεί.

Ο δείκτης πλαστικότητας και ο τύπος υπολογισμού του

Επιμήκυνση (δ)

Ορισμός: Η επιμήκυνση είναι το ποσοστό της συνολικής παραμόρφωσης του τμήματος μετρητή, αφού το δείγμα είναι εφελκυστικό θραυσμένο στο αρχικό μήκος του μετρητή.

Φόρμουλα: δ = (L1 - L0) / L0 × 100%

Όπου το L0 είναι το αρχικό μήκος μετρητή του δείγματος.

Το L1 είναι το μήκος του μετρητή μετά το σπάσιμο του δείγματος.

Τμηματική μείωση (ψ)

Ορισμός: Η μείωση της τμηματικής μείωσης είναι το ποσοστό της μέγιστης μείωσης της περιοχής εγκάρσιας τομής στο σημείο λαιμού μετά την παρακέντηση του δείγματος στην αρχική περιοχή εγκάρσιας τομής.

Φόρμουλα: ψ = (F0 - F1) / F0 × 100%

Όπου το F0 είναι η αρχική περιοχή διατομής του δείγματος.

Το F1 είναι η περιοχή εγκάρσιας τομής στο σημείο λαιμού μετά το σπασμένο δείγμα.

3. Σκληρότητα

Η σκληρότητα του μετάλλου είναι ένας δείκτης μηχανικής ιδιοκτησίας για τη μέτρηση της σκληρότητας των μεταλλικών υλικών. Υποδεικνύει την ικανότητα να αντιστέκεται στην παραμόρφωση στον τοπικό όγκο στην μεταλλική επιφάνεια.

Ταξινόμηση και αναπαράσταση της σκληρότητας μετάλλων

Η σκληρότητα των μετάλλων έχει μια ποικιλία μεθόδων ταξινόμησης και αναπαράστασης σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους δοκιμής. Περιλαμβάνουν κυρίως τα εξής:

Brinell Hardness (HB):

Πεδίο εφαρμογής της εφαρμογής: Χρησιμοποιείται γενικά όταν το υλικό είναι μαλακότερο, όπως μη σιδηρούχα μέταλλα, χάλυβα πριν από τη θερμική επεξεργασία ή μετά από ανόπτηση.

Αρχή δοκιμής: Με ένα συγκεκριμένο μέγεθος δοκιμής φορτίου, μια σφαίρα από χαλύβδινο χάλυβα ή σφαίρα καρβιδίου μιας συγκεκριμένης διαμέτρου πιέζεται στην επιφάνεια του μετάλλου που πρόκειται να δοκιμαστεί και το φορτίο εκφορτώνεται μετά από συγκεκριμένο χρόνο και η διάμετρος της εσόδων στην επιφάνεια που πρόκειται να δοκιμαστεί μετράται.

Τύπος υπολογισμού: Η τιμή σκληρότητας Brinell είναι το πηλίκο που λαμβάνεται διαιρώντας το φορτίο από την σφαιρική επιφάνεια της επιφάνειας της εσοχής.

Rockwell Hardness (HR):

Πεδίο εφαρμογής της εφαρμογής: Χρησιμοποιείται γενικά για υλικά με υψηλότερη σκληρότητα, όπως σκληρότητα μετά από θερμική επεξεργασία.

Αρχή δοκιμής: Παρόμοια με τη σκληρότητα του Brinell, αλλά χρησιμοποιώντας διαφορετικούς ανιχνευτές (διαμάντι) και διαφορετικές μεθόδους υπολογισμού.

Τύποι: Ανάλογα με την εφαρμογή, υπάρχουν HRC (για υλικά υψηλής σκληρότητας), HRA, HRB και άλλους τύπους.

Vickers Hardness (HV):

Πεδίο εφαρμογής της εφαρμογής: Κατάλληλο για ανάλυση μικροσκοπίου.

Αρχή δοκιμής: Πιέστε την επιφάνεια του υλικού με φορτίο μικρότερο από 120kg και ένα τετράγωνο κώνο διαμαντιών με γωνία κορυφής 136 ° και διαιρέστε την επιφάνεια του λάκκου του υλικού από την τιμή φορτίου για να αποκτήσετε την τιμή σκληρότητας Vickers.

LEEB HARTHINGE (HL):

Χαρακτηριστικά: Φορητός δοκιμαστής σκληρότητας, εύκολο στη μέτρηση.

Αρχή δοκιμής: Χρησιμοποιήστε την αναπήδηση που παράγεται από την κεφαλή μπάλας κρούσης μετά από να επηρεάσετε την επιφάνεια σκληρότητας και να υπολογίσετε τη σκληρότητα με την αναλογία της ταχύτητας ανάκαμψης της διάτρησης σε 1mm από την επιφάνεια του δείγματος στην ταχύτητα κρούσης.