Испитивање затезне чврстоће се углавном користи за одређивање способности металних материјала да се одупру оштећењима током процеса истезања и један је од важних индикатора за процену механичких својстава материјала.
1. Тест затезања
Испитивање затезања заснива се на основним принципима механике материјала. Применом затезног оптерећења на узорак материјала под одређеним условима, изазива се затезна деформација све док се узорак не сломи. Током испитивања, бележе се деформација експерименталног узорка под различитим оптерећењима и максимално оптерећење при ломљењу узорка, како би се израчунала граница течења, затезна чврстоћа и други показатељи перформанси материјала.
Напон σ = F/A
σ је затезна чврстоћа (MPa)
F је затезно оптерећење (N)
А је површина попречног пресека узорка
2. Крива затезања
Анализа неколико фаза процеса истезања:
а. У ОП фази са малим оптерећењем, издужење је у линеарној вези са оптерећењем, а Fp је максимално оптерећење за одржавање праве линије.
б. Након што оптерећење пређе Fp, крива затезања почиње да поприма нелинеарни однос. Узорак улази у почетну фазу деформације, оптерећење се уклања и узорак се може вратити у првобитно стање и еластично се деформисати.
ц. Након што оптерећење пређе Fe, оптерећење се уклања, део деформације се обнавља, а део преостале деформације се задржава, што се назива пластична деформација. Fe се назива граница еластичности.
д. Када се оптерећење даље повећава, крива затезања показује облик тестере. Када се оптерећење не повећава или не смањује, феномен континуираног издуживања експерименталног узорка назива се попуштање. Након попуштања, узорак почиње да подлеже очигледној пластичној деформацији.
е. Након попуштања, узорак показује повећање отпорности на деформацију, очвршћавање при деформацији и деформационо ојачавање. Када оптерећење достигне Fb, исти део узорка се нагло скупља. Fb је граница чврстоће.
ф. Феномен скупљања доводи до смањења носивости узорка. Када оптерећење достигне Fk, узорак се ломи. То се назива оптерећење лома.
Чврстина течења
Граница течења је максимална вредност напона коју метални материјал може да издржи од почетка пластичне деформације до потпуног лома када је изложен спољашњој сили. Ова вредност означава критичну тачку где материјал прелази из фазе еластичне деформације у фазу пластичне деформације.
Класификација
Горња граница течења: односи се на максимални напон узорка пре него што сила први пут падне када дође до течења.
Доња граница течења: односи се на минимални напон у фази течења када се почетни прелазни ефекат занемарује. Пошто је вредност доње границе течења релативно стабилна, обично се користи као индикатор отпора материјала, названог граница течења или граница течења.
Формула за израчунавање
За горњу границу течења: R = F / Sₒ, где је F максимална сила пре него што сила први пут падне у фази течења, а Sₒ је почетна површина попречног пресека узорка.
За нижу границу течења: R = F / Sₒ, где је F минимална сила F, занемарујући почетни прелазни ефекат, а Sₒ је почетна површина попречног пресека узорка.
Јединица
Јединица границе течења је обично MPa (мегапаскал) или N/mm² (Њутн по квадратном милиметру).
Пример
Узмимо за пример нискоугљенични челик, његова граница течења је обично 207 MPa. Када је изложен спољашњој сили већој од ове границе, нискоугљенични челик ће произвести трајну деформацију и не може се обновити; када је изложен спољашњој сили мањој од ове границе, нискоугљенични челик може се вратити у своје првобитно стање.
Граница течења је један од важних показатеља за процену механичких својстава металних материјала. Она одражава способност материјала да се одупру пластичној деформацији када су изложени спољашњим силама.
Затезна чврстоћа
Затезна чврстоћа је способност материјала да се одупре оштећењима под затезним оптерећењем, што се посебно изражава као максимална вредност напрезања коју материјал може да издржи током процеса затезања. Када затезно напрезање на материјалу пређе његову затезну чврстоћу, материјал ће претрпети пластичну деформацију или лом.
Формула за израчунавање
Формула за израчунавање затезне чврстоће (σt) је:
σt = F / A
Где је F максимална затезна сила (Њутн, N) коју узорак може да издржи пре лома, а A је почетна површина попречног пресека узорка (квадратни милиметар, mm²).
Јединица
Јединица затезне чврстоће је обично MPa (мегапаскал) или N/mm² (Њутн по квадратном милиметру). 1 MPa је једнако 1.000.000 Њутна по квадратном метру, што је такође једнако 1 N/mm².
Фактори утицаја
На затезну чврстоћу утичу многи фактори, укључујући хемијски састав, микроструктуру, процес термичке обраде, метод обраде итд. Различити материјали имају различите затезне чврстоће, па је у практичној примени потребно одабрати одговарајуће материјале на основу механичких својстава материјала.
Практична примена
Затезна чврстоћа је веома важан параметар у области науке о материјалима и инжењерства и често се користи за процену механичких својстава материјала. У погледу структурног пројектовања, избора материјала, процене безбедности итд., затезна чврстоћа је фактор који се мора узети у обзир. На пример, у грађевинском инжењерству, затезна чврстоћа челика је важан фактор у одређивању да ли може да издржи оптерећења; у области ваздухопловства, затезна чврстоћа лаких и високочврстих материјала је кључ за обезбеђивање безбедности авиона.
Чврстоћа на замор:
Замор метала се односи на процес у којем материјали и компоненте постепено стварају локална трајна кумулативна оштећења на једном или више места под цикличним напрезањем или цикличним деформацијама, а пукотине или изненадни потпуни преломи се јављају након одређеног броја циклуса.
Карактеристике
Изненада у времену: Квар услед замора метала често се јавља изненада у кратком временском периоду без очигледних знакова.
Локалитет у положају: Квар услед замора се обично јавља у локалним подручјима где је концентрисан напон.
Осетљивост на околину и недостатке: Замор метала је веома осетљив на околину и ситне недостатке унутар материјала, што може убрзати процес замора.
Фактори утицаја
Амплитуда напона: Величина напона директно утиче на век трајања метала при замору.
Просечна величина напона: Што је просечан напон већи, краћи је век трајања метала до замора.
Број циклуса: Што је метал више пута под цикличним напрезањем или деформацијом, то је озбиљније накупљање оштећења од замора.
Превентивне мере
Оптимизујте избор материјала: Изаберите материјале са вишим границама замора.
Смањење концентрације напона: Смањите концентрацију напона кроз структурни дизајн или методе обраде, као што је коришћење заобљених угловних прелаза, повећање димензија попречног пресека итд.
Површинска обрада: Полирање, прскање итд. на металној површини ради смањења површинских недостатака и побољшања чврстоће на замор.
Инспекција и одржавање: Редовно прегледајте металне компоненте како бисте благовремено открили и поправили недостатке попут пукотина; одржавајте делове склоне замору, као што је замена истрошених делова и ојачавање слабих карика.
Замор метала је уобичајени начин отказа метала, који карактерише изненадност, локалност и осетљивост на околину. Амплитуда напона, просечна величина напона и број циклуса су главни фактори који утичу на замор метала.
SN крива: описује век трајања материјала под различитим нивоима напрезања, где S представља напрезање, а N представља број циклуса напрезања.
Формула коефицијента чврстоће на замор:
(Kf = Ka ∫ Kb ∫ Kc ∫ Kd ∫ Ke)
Где је (Ka) фактор оптерећења, (Kb) фактор величине, (Kc) фактор температуре, (Kd) фактор квалитета површине и (Ke) фактор поузданости.
Математички израз SN криве:
(\sigma^m N = C)
Где је (\sigma) напон, N је број циклуса напрезања, а m и C су материјалне константе.
Кораци израчунавања
Одредити материјалне константе:
Одредите вредности m и C експериментално или позивањем на релевантну литературу.
Одређивање фактора концентрације напона: Узмите у обзир стварни облик и величину дела, као и концентрацију напона изазвану заобљеним жлебовима, жлебовима итд., да бисте одредили фактор концентрације напона K. Израчунавање чврстоће на замор: Према SN кривој и фактору концентрације напона, у комбинацији са пројектованим веком трајања и нивоом радног напона дела, израчунајте чврстоћу на замор.
2. Пластичност:
Пластичност се односи на својство материјала да, када је изложен спољашњој сили, производи трајну деформацију без ломљења када спољашња сила пређе границу еластичности. Ова деформација је неповратна и материјал се неће вратити у свој првобитни облик чак и ако се спољашња сила уклони.
Индекс пластичности и његова формула за израчунавање
Издужење (δ)
Дефиниција: Издужење је проценат укупне деформације мерног пресека након што је узорак затезно ломљен до првобитне мерне дужине.
Формула: δ = (Л1 – Л0) / Л0 × 100%
Где је L0 оригинална мерила дужине узорка;
L1 је мерила дужина након ломљења узорка.
Сегментална редукција (Ψ)
Дефиниција: Сегментно смањење је проценат максималног смањења површине попречног пресека на тачки сужења након што се узорак преломи до првобитне површине попречног пресека.
Формула: Ψ = (Ф0 – Ф1) / Ф0 × 100%
Где је F0 оригинална површина попречног пресека узорка;
F1 је површина попречног пресека на тачки сужења након ломљења узорка.
3. Тврдоћа
Тврдоћа метала је индекс механичких својстава којим се мери тврдоћа металних материјала. Она указује на способност отпора деформацији у локалној запремини на површини метала.
Класификација и представљање тврдоће метала
Тврдоћа метала има различите методе класификације и представљања према различитим методама испитивања. Углавном укључују следеће:
Тврдоћа по Бринелу (HB):
Обим примене: Генерално се користи када је материјал мекши, као што су обојени метали, челик пре термичке обраде или након жарења.
Принцип испитивања: Са одређеном величином тестног оптерећења, каљена челична куглица или карбидска куглица одређеног пречника се утискује у површину метала који се испитује, а терет се растерећује након одређеног времена и мери се пречник удубљења на површини која се испитује.
Формула за израчунавање: Вредност тврдоће по Бринелу је количник добијен дељењем оптерећења са сферном површином удубљења.
Тврдоћа по Роквелу (HR):
Обим примене: Генерално се користи за материјале са већом тврдоћом, као што је тврдоћа након термичке обраде.
Принцип испитивања: Слично Бринеловој тврдоћи, али коришћењем различитих сонди (дијамантских) и различитих метода израчунавања.
Врсте: У зависности од примене, постоје HRC (за материјале високе тврдоће), HRA, HRB и друге врсте.
Викерсова тврдоћа (HV):
Област примене: Погодно за микроскопску анализу.
Принцип испитивања: Притиснути површину материјала теретом мањим од 120 кг и користити дијамантски квадратни конусни увлакач са углом темена од 136°, а затим поделити површину удубљења материјала вредношћу оптерећења да би се добила вредност тврдоће по Викерсу.
Тврдоћа по Либу (HL):
Карактеристике: Преносни тестер тврдоће, једноставан за мерење.
Принцип испитивања: Користите одскок који генерише ударна куглична глава након удара о тврду површину и израчунајте тврдоћу односом брзине одскока бушилице на 1 мм од површине узорка и брзине удара.
Време објаве: 25. септембар 2024.
