Tugevuse tõmbekatset kasutatakse peamiselt metallmaterjalide vastupidavuse määramiseks venitusprotsessi käigus tekkivatele vigastustele ning see on üks olulisi näitajaid materjalide mehaaniliste omaduste hindamisel.
1. Tõmbekatse
Tõmbekatse põhineb materjalimehaanika põhiprintsiipidel. Rakendades materjalinäidisele teatud tingimustel tõmbekoormust, põhjustab see tõmbedeformatsiooni kuni proovi purunemiseni. Katse käigus registreeritakse katseproovi deformatsioon erinevatel koormustel ja maksimaalne koormus proovi purunemisel, et arvutada materjali voolavuspiir, tõmbetugevus ja muud jõudlusnäitajad.
Pinge σ = F/A
σ on tõmbetugevus (MPa)
F on tõmbekoormus (N)
A on proovi ristlõike pindala
2. Tõmbekõver
Venitusprotsessi mitme etapi analüüs:
a. Väikese koormusega OP etapis on pikenemine koormusega lineaarses seoses ja Fp on maksimaalne koormus sirgjoone säilitamiseks.
b. Kui koormus ületab Fp, hakkab tõmbekõver võtma mittelineaarset seost. Proov siseneb esialgsesse deformatsioonifaasi ja koormus eemaldatakse ning proov võib naasta algsesse olekusse ja elastselt deformeeruda.
c. Kui koormus ületab Fe, koormus eemaldatakse, osa deformatsioonist taastatakse ja osa jääkdeformatsioonist säilib, mida nimetatakse plastiliseks deformatsiooniks. Fe nimetatakse elastsuse piiriks.
d. Kui koormus suureneb veelgi, näitab tõmbekõver saehammast. Kui koormus ei suurene ega vähene, nimetatakse katseproovi pideva pikenemise nähtust järeleandmiseks. Pärast järeleandmist hakkab proov läbima ilmse plastilise deformatsiooni.
e. Pärast järeleandmist on proovil suurenenud deformatsioonikindlus, töökõvenemine ja deformatsiooni tugevnemine. Kui koormus jõuab Fb-ni, kahaneb sama osa proovist järsult. Fb on tugevuse piir.
f. Kokkutõmbumisnähtus viib proovi kandevõime vähenemiseni. Kui koormus jõuab Fk-ni, proov puruneb. Seda nimetatakse murdekoormuseks.
Saagikuse tugevus
Voolutugevus on maksimaalne pinge väärtus, mida metallmaterjal välisjõu mõjul talub plastse deformatsiooni algusest kuni täieliku purunemiseni. See väärtus tähistab kriitilist punkti, kus materjal läheb üle elastse deformatsiooni etapist plastilise deformatsiooni staadiumisse.
Klassifikatsioon
Ülemine voolavuspiir: viitab proovi maksimaalsele pingele enne, kui jõud langeb esimest korda järeleandmise ilmnemisel.
Madalam voolavuspiir: viitab minimaalsele pingele voolavusfaasis, kui esialgset mööduvat mõju eiratakse. Kuna madalama voolavuspiiri väärtus on suhteliselt stabiilne, kasutatakse seda tavaliselt materjali vastupidavuse indikaatorina, mida nimetatakse voolavuspiiriks või voolavuspiiriks.
Arvutusvalem
Ülemise voolavuspiiri jaoks: R = F / Sₒ, kus F on maksimaalne jõud enne, kui jõud esimest korda voolavusfaasis langeb, ja Sₒ on proovi algne ristlõikepindala.
Madalama voolavuspiiri jaoks: R = F / Sₒ, kus F on minimaalne jõud F, ignoreerides esialgset siirdemõju, ja Sₒ on proovi algne ristlõikepindala.
Üksus
Voolupiiri ühik on tavaliselt MPa (megapaskal) või N/mm² (njuuton ruutmillimeetri kohta).
Näide
Võtke näiteks madala süsinikusisaldusega teras, selle voolavuspiir on tavaliselt 207 MPa. Sellest piirist suurema välisjõu mõjul tekitab madala süsinikusisaldusega teras püsivat deformatsiooni ja seda ei saa taastada; sellest piirist väiksema välisjõu mõjul võib madala süsinikusisaldusega teras naasta algsesse olekusse.
Voolutugevus on üks olulisi näitajaid metallmaterjalide mehaaniliste omaduste hindamisel. See peegeldab materjalide võimet taluda välisjõudude mõjul plastilist deformatsiooni.
Tõmbetugevus
Tõmbetugevus on materjali võime taluda kahjustusi tõmbekoormuse all, mida väljendatakse konkreetselt maksimaalse pinge väärtusena, mida materjal tõmbeprotsessi ajal talub. Kui materjali tõmbepinge ületab selle tõmbetugevuse, toimub materjal plastilise deformatsiooni või purunemise teel.
Arvutusvalem
Tõmbetugevuse (σt) arvutusvalem on järgmine:
σt = F / A
Kus F on maksimaalne tõmbejõud (Newton, N), millele proov võib enne purunemist vastu pidada, ja A on proovi algne ristlõikepindala (ruutmillimeeter, mm²).
Üksus
Tõmbetugevuse ühikuks on tavaliselt MPa (megapaskal) või N/mm² (njuuton ruutmillimeetri kohta). 1 MPa võrdub 1 000 000 njuutoni ruutmeetri kohta, mis on samuti võrdne 1 N/mm².
Mõjutavad tegurid
Tõmbetugevust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas keemiline koostis, mikrostruktuur, kuumtöötlemisprotsess, töötlemisviis jne. Erinevatel materjalidel on erinev tõmbetugevus, seetõttu tuleb praktilistes rakendustes valida sobivad materjalid, lähtudes materjali mehaanilistest omadustest. materjalid.
Praktiline rakendus
Tõmbetugevus on materjaliteaduse ja inseneriteaduse valdkonnas väga oluline parameeter ning seda kasutatakse sageli materjalide mehaaniliste omaduste hindamiseks. Konstruktsiooni projekteerimise, materjali valiku, ohutushinnangu jms osas on tõmbetugevus tegur, mida tuleb arvestada. Näiteks ehitustehnikas on terase tõmbetugevus oluline tegur, mis määrab, kas see talub koormusi; lennunduse valdkonnas on õhusõidukite ohutuse tagamisel võtmetähtsusega kergete ja ülitugevate materjalide tõmbetugevus.
Väsimuse tugevus:
Metalli väsimine viitab protsessile, mille käigus materjalid ja komponendid tekitavad tsüklilise pinge või tsüklilise pinge all järk-järgult lokaalseid püsivaid kumulatiivseid kahjustusi ühes või mitmes kohas ning teatud arvu tsüklite järel tekivad praod või äkilised täielikud purunemised.
Omadused
Äkilisus ajas: metalli väsimuse rike tekib sageli ootamatult lühikese aja jooksul ilma ilmsete märkideta.
Asukoht asendis: Väsimustõrke esineb tavaliselt kohalikes piirkondades, kus stress on koondunud.
Tundlikkus keskkonna ja defektide suhtes: Metalli väsimus on väga tundlik keskkonna ja materjali sees olevate väikeste defektide suhtes, mis võivad väsimusprotsessi kiirendada.
Mõjutavad tegurid
Pinge amplituud: pinge suurus mõjutab otseselt metalli väsimuse kestust.
Keskmine pinge suurus: mida suurem on keskmine pinge, seda lühem on metalli väsimuse eluiga.
Tsüklite arv: mida rohkem kordi metall on tsüklilise pinge või deformatsiooni all, seda tõsisem on väsimuskahjustuste kuhjumine.
Ennetavad meetmed
Materjalivaliku optimeerimine: valige kõrgema väsimuspiiriga materjalid.
Pingekontsentratsiooni vähendamine: vähendage pingete kontsentratsiooni konstruktsiooni projekteerimise või töötlemismeetodite abil, näiteks ümarate nurkade üleminekute kasutamine, ristlõike mõõtmete suurendamine jne.
Pinnatöötlus: metalli pinnale poleerimine, pihustamine jne, et vähendada pinnadefekte ja parandada väsimustugevust.
Ülevaatus ja hooldus: kontrollige regulaarselt metallosi, et kiiresti avastada ja parandada defekte, nagu praod; hooldage väsivaid osi, näiteks vahetage välja kulunud osi ja tugevdage nõrku lülisid.
Metalli väsimine on tavaline metallirikke režiim, mida iseloomustab äkilisus, lokaalsus ja tundlikkus keskkonna suhtes. Pinge amplituud, keskmine pinge suurus ja tsüklite arv on peamised metalli väsimist mõjutavad tegurid.
SN kõver: kirjeldab materjalide väsimuseaega erinevatel pingetasemetel, kus S tähistab pinget ja N pingetsüklite arvu.
Väsimustugevuse koefitsiendi valem:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Kus (Ka) on koormustegur, (Kb) on suurustegur, (Kc) on temperatuuritegur, (Kd) on pinnakvaliteedi tegur ja (Ke) on töökindlustegur.
SN-kõvera matemaatiline avaldis:
(\sigma^m N = C)
Kus (\sigma) on pinge, N on pingetsüklite arv ning m ja C on materjali konstandid.
Arvutamise etapid
Määrake materjali konstandid:
Määrake m ja C väärtused katsetega või asjakohase kirjanduse põhjal.
Pingekontsentratsiooniteguri määramine: Pingekontsentratsiooniteguri K määramiseks arvestage detaili tegelikku kuju ja suurust, samuti fileede, võtmete jms põhjustatud pingekontsentratsiooni. Arvutage väsimustugevus: SN kõvera ja pinge järgi kontsentratsioonitegur koos detaili projekteeritud eluea ja tööpinge tasemega arvutab väsimustugevuse.
2. Plastilisus:
Plastilisus viitab materjali omadusele, mis välisjõu mõjul tekitab püsiva deformatsiooni ilma purunemata, kui välisjõud ületab oma elastsuspiiri. See deformatsioon on pöördumatu ja materjal ei taastu oma esialgsele kujule isegi välise jõu eemaldamisel.
Plastilisuse indeks ja selle arvutamise valem
Pikendus (δ)
Definitsioon: pikenemine on protsent gabariidiosa kogudeformatsioonist pärast proovi tõmbemurdmist esialgse gabariidi pikkuseni.
Valem: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
kus L0 on näidise algne gabariidi pikkus;
L1 on gabariidi pikkus pärast proovi purunemist.
Segmendiline vähendamine (Ψ)
Definitsioon: segmendivähendamine on protsent ristlõikepinna maksimaalsest vähenemisest kaeluspunktis pärast proovi purustamist esialgse ristlõikepinnani.
Valem: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
kus F0 on proovi algne ristlõikepindala;
F1 on ristlõike pindala kaeluspunktis pärast proovi purunemist.
3. Kõvadus
Metalli kõvadus on mehaaniliste omaduste indeks metallmaterjalide kõvaduse mõõtmiseks. See näitab võimet seista vastu metallpinna lokaalses mahus deformatsioonile.
Metalli kõvaduse klassifikatsioon ja esitus
Metalli kõvadusel on erinevad klassifikatsiooni- ja esitusmeetodid vastavalt erinevatele katsemeetoditele. Sisaldab peamiselt järgmist:
Brinelli kõvadus (HB):
Kasutusala: kasutatakse tavaliselt siis, kui materjal on pehmem, näiteks värvilised metallid, teras enne kuumtöötlemist või pärast lõõmutamist.
Katse põhimõte: teatud suurusega katsekoormuse korral surutakse testitava metalli pinnale teatud läbimõõduga karastatud teraskuul või karbiidkuul ning koorem laaditakse kindlaksmääratud aja ja süvendi läbimõõduga maha. mõõdetakse testitaval pinnal.
Arvutusvalem: Brinelli kõvaduse väärtus on jagatis, mis saadakse koormuse jagamisel taande sfäärilise pindalaga.
Rockwelli kõvadus (HR):
Kasutusala: Tavaliselt kasutatakse kõrgema kõvadusega materjalide jaoks, näiteks kõvadus pärast kuumtöötlust.
Testimise põhimõte: sarnane Brinelli kõvadusega, kuid kasutades erinevaid sonde (teemant) ja erinevaid arvutusmeetodeid.
Tüübid: olenevalt rakendusest on HRC (kõrge kõvadusega materjalide jaoks), HRA, HRB ja muud tüübid.
Vickersi kõvadus (HV):
Kasutusala: Sobib mikroskoobi analüüsiks.
Testimise põhimõte: Vajutage materjali pinda koormusega alla 120 kg ja rombikujulist ruudukujulist koonust, mille tipu nurk on 136°, ja jagage materjali süvendi pindala koormuse väärtusega, et saada Vickersi kõvadus.
Leebi kõvadus (HL):
Omadused: Kaasaskantav kõvaduse tester, lihtne mõõta.
Katse põhimõte: kasutage löögi kuulpea tekitatud põrgatust pärast kõvaduspinnaga kokkupõrget ja arvutage kõvadus löögi tagasilöögikiiruse suhtega 1 mm kaugusel proovipinnast ja löögikiirusest.
Postitusaeg: 25. september 2024
