Ispitivanje vlačne čvrstoće uglavnom se koristi za određivanje sposobnosti metalnih materijala da se odupru oštećenjima tijekom procesa istezanja i jedan je od važnih pokazatelja za ocjenu mehaničkih svojstava materijala.
1. Vlačno ispitivanje
Vlačno ispitivanje temelji se na osnovnim načelima mehanike materijala. Primjenom vlačnog opterećenja na uzorak materijala pod određenim uvjetima, ono uzrokuje vlačnu deformaciju sve dok uzorak ne pukne. Tijekom ispitivanja bilježi se deformacija pokusnog uzorka pod različitim opterećenjima i maksimalno opterećenje pri lomu uzorka, kako bi se izračunala granica razvlačenja, vlačna čvrstoća i drugi pokazatelji svojstava materijala.
Naprezanje σ = F/A
σ je vlačna čvrstoća (MPa)
F je vlačno opterećenje (N)
A je površina poprečnog presjeka uzorka
2. Vlačna krivulja
Analiza nekoliko faza procesa istezanja:
a. U OP fazi s malim opterećenjem, produljenje je u linearnom odnosu s opterećenjem, a Fp je maksimalno opterećenje za održavanje ravne linije.
b. Nakon što opterećenje premaši Fp, vlačna krivulja počinje poprimati nelinearni odnos. Uzorak ulazi u početni stadij deformacije, a opterećenje se uklanja i 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. Kad se opterećenje dalje povećava, vlačna krivulja pokazuje zub pile. Kada se opterećenje ne povećava ili smanjuje, pojava kontinuiranog istezanja pokusnog uzorka naziva se popuštanjem. Nakon popuštanja, uzorak počinje prolaziti očitu plastičnu deformaciju.
e. Nakon popuštanja, uzorak pokazuje povećanje otpornosti na deformaciju, očvrsnuće i očvrsnuće deformacijom. Kada opterećenje dosegne Fb, isti dio uzorka se naglo smanjuje. Fb je granica snage.
f. Fenomen skupljanja dovodi do smanjenja nosivosti uzorka. Kada opterećenje dosegne Fk, uzorak se lomi. To se naziva opterećenje loma.
Granica tečenja
Granica razvlačenja 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 točku u kojoj materijal prelazi iz faze elastične deformacije u fazu plastične deformacije.
Klasifikacija
Gornja granica popuštanja: odnosi se na maksimalno naprezanje uzorka prije nego što sila padne prvi put kada dođe do popuštanja.
Niža granica tečenja: odnosi se na minimalno naprezanje u fazi tečenja kada se zanemaruje početni prijelazni učinak. Budući da je vrijednost donje granice tečenja relativno stabilna, obično se koristi kao pokazatelj otpora materijala, 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 prvi put padne u fazi tečenja, a Sₒ izvorna površina poprečnog presjeka uzorka.
Za nižu granicu razvlačenja: R = F / Sₒ, gdje je F minimalna sila F zanemarujući početni prijelazni učinak, a Sₒ izvorna površina poprečnog presjeka uzorka.
Jedinica
Jedinica granice razvlačenja obično je MPa (megapaskal) ili N/mm² (Newton po kvadratnom milimetru).
Primjer
Uzmimo za primjer čelik s niskim udjelom ugljika, njegova granica popuštanja obično je 207 MPa. Kada je izložen vanjskoj sili većoj od ove granice, čelik s niskim udjelom ugljika proizvest će trajnu deformaciju i ne može se obnoviti; kada je podvrgnut vanjskoj sili manjoj od ove granice, niskougljični čelik može se vratiti u svoje izvorno stanje.
Granica razvlačenja jedan je od važnih pokazatelja za ocjenu mehaničkih svojstava metalnih materijala. Odražava sposobnost materijala da se odupru plastičnim deformacijama kada su izloženi vanjskim silama.
Vlačna čvrstoća
Vlačna čvrstoća je sposobnost materijala da se odupre oštećenjima pod vlačnim opterećenjem, što se posebno izražava kao najveća vrijednost naprezanja koju materijal može izdržati tijekom vlačnog procesa. Kada vlačno naprezanje materijala premaši njegovu vlačnu čvrstoću, materijal će doživjeti plastičnu deformaciju ili lom.
Formula za izračun
Formula za izračun vlačne čvrstoće (σt) je:
σt = F / A
Gdje je F najveća vlačna sila (Newton, N) koju uzorak može izdržati prije loma, a A je izvorna površina poprečnog presjeka uzorka (kvadratni milimetar, mm²).
Jedinica
Jedinica za vlačnu čvrstoću obično je MPa (megapaskal) ili N/mm² (Newton po kvadratnom milimetru). 1 MPa jednak je 1.000.000 Newtona po kvadratnom metru, što je također jednako 1 N/mm².
Čimbenici utjecaja
Na vlačnu čvrstoću utječu mnogi čimbenici, uključujući kemijski sastav, mikrostrukturu, postupak toplinske obrade, metodu obrade itd. Različiti materijali imaju različite vlačne čvrstoće, pa je u praktičnoj primjeni potrebno odabrati odgovarajuće materijale na temelju mehaničkih svojstava materijala. materijala.
Praktična primjena
Vlačna čvrstoća vrlo je važan parametar u području znanosti o materijalima i inženjerstvu, a često se koristi za procjenu mehaničkih svojstava materijala. U smislu konstrukcijskog dizajna, odabira materijala, procjene sigurnosti itd., vlačna čvrstoća je faktor koji se mora uzeti u obzir. Na primjer, u građevinarstvu je vlačna čvrstoća čelika važan faktor u određivanju može li izdržati opterećenja; u području zrakoplovstva, vlačna čvrstoća lakih i materijala visoke čvrstoće ključna je za osiguranje sigurnosti zrakoplova.
Čvrstoća na zamor:
Zamor metala odnosi se na proces u kojem materijali i komponente postupno proizvode lokalna trajna kumulativna oštećenja na jednom ili više mjesta pod cikličkim naprezanjem ili cikličkim deformacijama, a nakon određenog broja ciklusa nastaju pukotine ili iznenadni potpuni lomovi.
Značajke
Iznenada u vremenu: Otkazivanje od zamora metala često se događa iznenada u kratkom vremenskom razdoblju bez očitih znakova.
Lokalitet u položaju: Zatajenje uslijed umora obično se događa u lokalnim područjima gdje je koncentriran stres.
Osjetljivost na okoliš i nedostatke: Zamor metala vrlo je osjetljiv na okoliš i sitne nedostatke unutar materijala, koji mogu ubrzati proces zamora.
Čimbenici utjecaja
Amplituda naprezanja: Veličina naprezanja izravno utječe na vijek trajanja metala od zamora.
Prosječna veličina naprezanja: Što je veće prosječno naprezanje, kraći je vijek trajanja metala od zamora.
Broj ciklusa: Što je više puta metal pod cikličkim naprezanjem ili deformacijom, to je ozbiljnije nakupljanje oštećenja uslijed zamora.
Preventivne mjere
Optimizirajte odabir materijala: Odaberite materijale s višim granicama zamora.
Smanjenje koncentracije naprezanja: Smanjite koncentraciju naprezanja strukturnim dizajnom ili metodama obrade, kao što je korištenje prijelaza zaobljenih kutova, povećanje dimenzija poprečnog presjeka itd.
Površinska obrada: poliranje, prskanje, itd. na metalnoj površini kako bi se smanjili površinski nedostaci i poboljšala čvrstoća na zamor.
Provjera i održavanje: Redovito provjeravajte metalne komponente kako biste odmah otkrili i popravili nedostatke kao što su pukotine; održavati dijelove sklone zamoru, kao što je zamjena istrošenih dijelova i ojačavanje slabih karika.
Zamor metala je uobičajeni način kvara metala, koji karakterizira iznenada, lokalitet i osjetljivost na okolinu. Amplituda naprezanja, prosječna veličina naprezanja i broj ciklusa glavni su čimbenici koji utječu na zamor metala.
SN krivulja: opisuje vijek trajanja materijala od zamora pod različitim razinama naprezanja, gdje S predstavlja naprezanje, a N predstavlja broj ciklusa naprezanja.
Formula koeficijenta čvrstoće zamora:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Gdje je (Ka) faktor opterećenja, (Kb) faktor veličine, (Kc) faktor temperature, (Kd) faktor kvalitete površine, a (Ke) faktor pouzdanosti.
Matematički izraz SN krivulje:
(\sigma^m N = C)
Gdje je (\sigma) naprezanje, N je broj ciklusa naprezanja, a m i C su konstante materijala.
Koraci izračuna
Odredite materijalne konstante:
Odredite vrijednosti m i C pokusima ili upućivanjem na odgovarajuću literaturu.
Odredite faktor koncentracije naprezanja: Razmotrite stvarni oblik i veličinu dijela, kao i koncentraciju naprezanja uzrokovanu uglovima, žljebovima itd., kako biste odredili faktor koncentracije naprezanja K. Izračunajte čvrstoću na zamor: Prema SN krivulji i naprezanju faktor koncentracije, u kombinaciji s projektiranim vijekom trajanja i razinom radnog naprezanja dijela, izračunava čvrstoću na zamor.
2. Plastičnost:
Plastičnost se odnosi na svojstvo materijala koji, kada je izložen vanjskoj sili, proizvodi trajnu deformaciju bez loma kada vanjska sila prijeđe svoju granicu elastičnosti. Ta je deformacija nepovratna, a materijal se neće vratiti u svoj izvorni oblik čak ni ako se vanjska sila ukloni.
Indeks plastičnosti i formula za njegov izračun
Istezanje (δ)
Definicija: Istezanje je postotak ukupne deformacije mjernog presjeka nakon što je uzorak vlačnim lomom na izvornu mjernu duljinu.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Gdje je L0 izvorna mjerna duljina uzorka;
L1 je mjerna duljina nakon lomljenja uzorka.
Smanjenje segmenta (Ψ)
Definicija: Segmentno smanjenje postotak je najvećeg smanjenja površine poprečnog presjeka na točki grla nakon što je uzorak slomljen na izvornu površinu poprečnog presjeka.
Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Gdje je F0 izvorna površina poprečnog presjeka uzorka;
F1 je površina poprečnog presjeka na mjestu grla nakon lomljenja uzorka.
3. Tvrdoća
Tvrdoća metala je indeks mehaničkih svojstava za mjerenje tvrdoće metalnih materijala. Označava sposobnost otpora na deformacije u lokalnom volumenu na površini metala.
Podjela i prikaz tvrdoće metala
Tvrdoća metala ima različite metode klasifikacije i predstavljanja prema različitim metodama ispitivanja. Uglavnom uključuju sljedeće:
Brinellova tvrdoća (HB):
Područje primjene: općenito se koristi kada je materijal mekši, kao što su obojeni metali, čelik prije toplinske obrade ili nakon žarenja.
Načelo ispitivanja: s određenom veličinom ispitnog opterećenja, kuglica od kaljenog čelika ili karbida određenog promjera utisne se u površinu metala koji se ispituje, a teret se oslobodi nakon određenog vremena, a promjer udubljenja na površini koja se ispituje mjeri se.
Formula za izračun: Vrijednost tvrdoće po Brinellu je kvocijent dobiven dijeljenjem opterećenja sa sfernom površinom udubljenja.
Tvrdoća po Rockwellu (HR):
Područje primjene: općenito se koristi za materijale veće tvrdoće, kao što je tvrdoća nakon toplinske obrade.
Princip ispitivanja: Sličan Brinellovoj tvrdoći, ali uz korištenje različitih sondi (dijamant) i različitih metoda izračuna.
Vrste: Ovisno o primjeni, 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 s opterećenjem manjim od 120 kg i dijamantnim četverokutnim stožastim utiskivačem s vrhnim kutom od 136° i podijelite površinu udubljenja materijala s vrijednošću opterećenja kako biste dobili vrijednost tvrdoće po Vickersu.
Tvrdoća po Leebu (HL):
Značajke: Prijenosni mjerač tvrdoće, jednostavan za mjerenje.
Načelo ispitivanja: Upotrijebite odskok koji generira glava udarne lopte nakon udarca u površinu tvrdoće i izračunajte tvrdoću omjerom brzine povrata udarca na 1 mm od površine uzorka i brzine udarca.
Vrijeme objave: 25. rujna 2024
