Тестот за затегнувачка цврстина главно се користи за да се утврди способноста на металните материјали да се спротивстават на оштетување за време на процесот на истегнување и е еден од важните индикатори за оценување на механичките својства на материјалите.
1. Тест на истегнување
Тестот за истегнување се базира на основните принципи на механиката на материјалите. Со примена на затегнувачко оптоварување на примерокот од материјалот под одредени услови, се предизвикува затегнувачка деформација сè додека примерокот не се скрши. За време на тестот, се евидентираат деформацијата на експерименталниот примерок под различни оптоварувања и максималното оптоварување кога примерокот ќе се скрши, со цел да се пресметаат цврстината на истегнување, цврстината на истегнување и други индикатори на перформансите на материјалот.
Напрегање σ = F/A
σ е затегнувачката цврстина (MPa)
F е затегнувачко оптоварување (N)
A е површината на напречниот пресек на примерокот
2. Крива на затегнување
Анализа на неколку фази од процесот на истегнување:
а. Во OP фазата со мало оптоварување, издолжувањето е во линеарна врска со оптоварувањето, а Fp е максималното оптоварување за одржување на правата линија.
б. Откако оптоварувањето ќе го надмине Fp, кривата на затегнување почнува да зазема нелинеарна врска. Примерокот влегува во почетната фаза на деформација, оптоварувањето се отстранува, а примерокот може да се врати во првобитната состојба и еластично да се деформира.
в. Откако оптоварувањето ќе го надмине Fe, оптоварувањето се отстранува, дел од деформацијата се обновува, а дел од преостанатата деформација се задржува, што се нарекува пластична деформација. Fe се нарекува граница на еластичност.
г. Кога оптоварувањето дополнително се зголемува, кривата на затегнување покажува пилеста форма. Кога оптоварувањето не се зголемува ниту намалува, феноменот на континуирано издолжување на експерименталниот примерок се нарекува попуштање. По попуштањето, примерокот почнува да доживува очигледна пластична деформација.
e. По попуштањето, примерокот покажува зголемување на отпорноста на деформација, стврднување при работа и зајакнување на деформацијата. Кога оптоварувањето ќе достигне Fb, истиот дел од примерокот нагло се собира. Fb е границата на јакоста.
f. Феноменот на собирање доведува до намалување на носивоста на примерокот. Кога оптоварувањето ќе достигне Fk, примерокот се крши. Ова се нарекува оптоварување на кршење.
Јачина на истегнување
Јачината на истегнување е максималната вредност на напрегање што металниот материјал може да ја издржи од почетокот на пластичната деформација до целосно кршење кога е изложен на надворешна сила. Оваа вредност ја означува критичната точка каде што материјалот преминува од фазата на еластична деформација во фазата на пластична деформација.
Класификација
Горна граница на истегнување: се однесува на максималното напрегање на примерокот пред силата да се намали за прв пат кога се јавува истегнување.
Пониска граница на истегнување: се однесува на минималното напрегање во фазата на истегнување кога почетниот преоден ефект се игнорира. Бидејќи вредноста на пониската граница на истегнување е релативно стабилна, таа обично се користи како индикатор за отпорност на материјалот, наречена граница на истегнување или граница на истегнување.
Формула за пресметка
За горна граница на истегнување: R = F / Sₒ, каде што F е максималната сила пред силата да се намали за прв пат во фазата на истегнување, а Sₒ е оригиналната површина на пресек на примерокот.
За помала граница на истегнување: R = F / Sₒ, каде што F е минималната сила F игнорирајќи го почетниот преоден ефект, а Sₒ е оригиналната површина на напречниот пресек на примерокот.
Единица
Единицата за граница на истегнување е обично MPa (мегапаскал) или N/mm² (Њутн на квадратен милиметар).
Пример
Да го земеме нискојаглеродниот челик како пример, неговата граница на попуштање е обично 207 MPa. Кога е изложен на надворешна сила поголема од оваа граница, нискојаглеродниот челик ќе предизвика трајна деформација и не може да се обнови; кога е изложен на надворешна сила помала од оваа граница, нискојаглеродниот челик може да се врати во првобитната состојба.
Јачината на истегнување е еден од важните индикатори за оценување на механичките својства на металните материјали. Таа ја одразува способноста на материјалите да се спротивстават на пластичната деформација кога се изложени на надворешни сили.
Затегнувачка цврстина
Затегнувачката цврстина е способноста на материјалот да се спротивстави на оштетување под затегнувачко оптоварување, што е конкретно изразено како максимална вредност на напрегање што материјалот може да го издржи за време на процесот на затегнување. Кога затегнувачкото напрегање на материјалот ја надминува неговата затегнувачка цврстина, материјалот ќе претрпи пластична деформација или фрактура.
Формула за пресметка
Формулата за пресметка на затезната цврстина (σt) е:
σt = F / A
Каде што F е максималната сила на затегнување (Њутн, N) што примерокот може да ја издржи пред кршење, а A е оригиналната површина на напречниот пресек на примерокот (квадратен милиметар, mm²).
Единица
Единицата за затегнувачка цврстина е обично MPa (мегапаскал) или N/mm² (Њутн на квадратен милиметар). 1 MPa е еднакво на 1.000.000 њутни на квадратен метар, што е исто така еднакво на 1 N/mm².
Влијателни фактори
Цврстината на истегнување е под влијание на многу фактори, вклучувајќи го хемискиот состав, микроструктурата, процесот на термичка обработка, методот на обработка итн. Различните материјали имаат различна цврстина на истегнување, па затоа во практичните апликации е потребно да се изберат соодветни материјали врз основа на механичките својства на материјалите.
Практична примена
Затезната цврстина е многу важен параметар во областа на науката и инженерството за материјали и често се користи за евалуација на механичките својства на материјалите. Во однос на структурниот дизајн, изборот на материјали, проценката на безбедноста итн., затезната цврстина е фактор што мора да се земе предвид. На пример, во градежништвото, затезната цврстина на челикот е важен фактор во одредувањето дали може да издржи товари; во областа на воздухопловството, затезната цврстина на лесните и високоцврстите материјали е клучна за обезбедување на безбедноста на воздухопловите.
Јачина на замор:
Заморот на металот се однесува на процес во кој материјалите и компонентите постепено произведуваат локално трајно кумулативно оштетување на едно или повеќе места под цикличен стрес или циклично оптоварување, а пукнатини или ненадејни целосни фрактури се јавуваат по одреден број циклуси.
Карактеристики
Ненадејност со текот на времето: Дефектот поради замор на металот често се јавува ненадејно за краток временски период без очигледни знаци.
Локализација во позиција: Неуспехот од замор обично се јавува во локални области каде што е концентриран стресот.
Чувствителност на околината и дефекти: Заморот на металот е многу чувствителен на околината и на ситните дефекти во материјалот, што може да го забрза процесот на замор.
Влијателни фактори
Амплитуда на напрегање: Големината на напрегањето директно влијае на животниот век на металот при замор.
Просечна големина на напрегање: Колку е поголем просечниот напрегање, толку е пократок векот на траење на металот при замор.
Број на циклуси: Колку повеќе пати металот е под цикличен стрес или деформација, толку е посериозно акумулацијата на оштетување од замор.
Превентивни мерки
Оптимизирајте го изборот на материјал: Изберете материјали со повисоки граници на замор.
Намалување на концентрацијата на стрес: Намалете ја концентрацијата на стрес преку структурен дизајн или методи на обработка, како што се користење на заоблени агли, зголемување на димензиите на напречниот пресек итн.
Површинска обработка: Полирање, прскање итн. на металната површина за намалување на површинските дефекти и подобрување на отпорноста на замор.
Инспекција и одржување: Редовно проверувајте ги металните компоненти за брзо откривање и поправка на дефекти како што се пукнатини; одржувајте ги деловите склони кон замор, како што е замена на истрошени делови и зајакнување на слабите алки.
Заморот на металот е чест начин на дефект на металот, кој се карактеризира со ненадејност, локализација и чувствителност на околината. Амплитудата на стресот, просечната големина на стресот и бројот на циклуси се главните фактори што влијаат на заморот на металот.
SN крива: го опишува векот на траење на материјалите при замор под различни нивоа на напрегање, каде што S претставува напрегање, а N претставува број на циклуси на напрегање.
Формула за коефициент на јачина на замор:
(Kf = Ka₂, Kb₂, Kc₂, Kd₂, Ke)
Каде што (Ka) е факторот на оптоварување, (Kb) е факторот на големина, (Kc) е факторот на температура, (Kd) е факторот на квалитет на површината и (Ke) е факторот на сигурност.
Математички израз на SN кривата:
(\sigma^m N = C)
Каде што (\sigma) е напрегање, N е бројот на циклуси на напрегање, а m и C се константи на материјалот.
Чекори за пресметување
Определете ги материјалните константи:
Определете ги вредностите на m и C преку експерименти или со повикување на релевантна литература.
Определете го факторот на концентрација на напрегање: Разгледајте ја вистинската форма и големина на делот, како и концентрацијата на напрегање предизвикана од филетите, клучевите итн., за да го одредите факторот на концентрација на напрегање K. Пресметајте ја јачината на замор: Според кривата SN и факторот на концентрација на напрегање, во комбинација со проектираниот век на траење и нивото на работен напон на делот, пресметајте ја јачината на замор.
2. Пластичност:
Пластичноста се однесува на својството на материјалот кое, кога е изложен на надворешна сила, произведува трајна деформација без да се скрши кога надворешната сила ќе ја надмине својата еластична граница. Оваа деформација е неповратна и материјалот нема да се врати во првобитната форма дури и ако надворешната сила се отстрани.
Индекс на пластичност и неговата формула за пресметка
Издолжување (δ)
Дефиниција: Издолжувањето е процентот на вкупната деформација на калемовиот дел откако примерокот ќе се скрши под дејство на затегнување до оригиналната калемова должина.
Формула: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Каде што L0 е оригиналната должина на примерокот;
L1 е должината на калибрацијата откако примерокот ќе се скрши.
Сегментална редукција (Ψ)
Дефиниција: Сегменталната редукција е процентот на максималното намалување на површината на напречниот пресек на точката на спојување откако примерокот ќе се скрши до оригиналната површина на напречниот пресек.
Формула: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Каде што F0 е оригиналната површина на напречниот пресек на примерокот;
F1 е површината на напречниот пресек на точката на спојување откако примерокот ќе се скрши.
3. Тврдост
Тврдоста на металот е индекс на механички својства за мерење на тврдоста на металните материјали. Тој ја покажува способноста да се спротивстават на деформацијата во локалниот волумен на површината на металот.
Класификација и претставување на тврдоста на металот
Тврдоста на металот има различни методи на класификација и претставување според различни методи на тестирање. Главно вклучуваат следново:
Тврдост според Бринел (HB):
Опсег на примена: Генерално се користи кога материјалот е помек, како што се обоени метали, челик пред термичка обработка или по жарење.
Принцип на тестирање: Со одредена големина на тест оптоварување, стврдната челична топка или карбидна топка со одреден дијаметар се притиска во површината на металот што треба да се тестира, а оптоварувањето се истоварува по одредено време, а потоа се мери дијаметарот на вдлабнатината на површината што треба да се тестира.
Формула за пресметка: Вредноста на тврдоста на Бринел е количник добиен со делење на оптоварувањето со сферичната површина на вдлабнатината.
Тврдост според Роквел (HR):
Опсег на примена: Генерално се користи за материјали со поголема тврдост, како што е тврдоста по термичка обработка.
Принцип на тест: Слично на тврдоста на Бринел, но со употреба на различни сонди (дијамантска) и различни методи на пресметка.
Видови: Во зависност од примената, постојат HRC (за материјали со висока тврдост), HRA, HRB и други видови.
Викерсова тврдост (HV):
Опсег на примена: Погодно за микроскопска анализа.
Принцип на тестирање: Притиснете ја површината на материјалот со оптоварување помало од 120 кг и дијамантски квадратен конусен вдлабнувач со агол на теме од 136° и поделете ја површината на вдлабнатината на материјалот со вредноста на оптоварувањето за да ја добиете вредноста на Викерсовата тврдост.
Тврдост на Либ (HL):
Карактеристики: Пренослив тестер на тврдост, лесен за мерење.
Принцип на тест: Користете го отскокот генериран од главата на ударната топка по ударот на површината на тврдоста и пресметајте ја тврдоста според односот на брзината на отскокнување на перфораторот на 1 mm од површината на примерокот и брзината на ударот.
Време на објавување: 25 септември 2024 година
