Tõmbetugevuse katset kasutatakse peamiselt metallmaterjalide võime määramiseks vastu pidada kahjustustele venituse ajal ning see on üks olulisi näitajaid materjalide mehaaniliste omaduste hindamisel.
1. Tõmbekatse
Tõmbekatse põhineb materjalimehaanika põhiprintsiipidel. Materjaliproovile teatud tingimustel tõmbekoormuse rakendamine põhjustab tõmbedeformatsiooni, kuni proov puruneb. Katse ajal registreeritakse katseproovi deformatsioon erinevate koormuste all ja maksimaalne koormus proovi purunemisel, et arvutada materjali voolavuspiir, tõmbetugevus ja muud toimivusnäitajad.
Pinge σ = F/A
σ on tõmbetugevus (MPa)
F on tõmbetugevus (N)
A on proovi ristlõikepindala
2. Tõmbetugevuskõver
Venitusprotsessi mitme etapi analüüs:
a. Väikese koormusega OP-staadiumis on pikenemine koormusega lineaarses seoses ning Fp on maksimaalne koormus sirgjoone säilitamiseks.
b. Kui koormus ületab Fp, hakkab tõmbekõver võtma mittelineaarset seost. Proov siseneb esialgsesse deformatsioonifaasi, koormus eemaldatakse ja proov saab naasta algolekusse ning elastselt deformeeruda.
c. Kui koormus ületab Fe, siis koormus eemaldatakse, osa deformatsioonist taastatakse ja osa jääkdeformatsioonist säilib, mida nimetatakse plastseks deformatsiooniks. Fe-d nimetatakse elastsuspiiriks.
d. Kui koormus veelgi suureneb, muutub tõmbekõver saehambaliseks. Kui koormus ei suurene ega vähene, nimetatakse katsekeha pidevat pikenemist voolavuseks. Pärast voolavuse vähenemist hakkab proov läbima ilmset plastilist deformatsiooni.
e. Pärast voolavust suureneb proov deformatsioonikindluses, töötlemiskõvenemises ja deformatsioonitugevuses. Kui koormus jõuab Fb-ni, kahaneb sama osa proovist järsult. Fb on tugevuspiir.
f. Kahanemise nähtus viib proovi kandevõime vähenemiseni. Kui koormus jõuab Fk-ni, siis proov puruneb. Seda nimetatakse murdumiskoormuseks.
Saagikuse tugevus
Voolavuspiir on maksimaalne pingeväärtus, mida metallmaterjal talub plastilise deformatsiooni algusest kuni täieliku purunemiseni välise jõu mõjul. See väärtus tähistab kriitilist punkti, kus materjal läheb üle elastse deformatsiooni staadiumist plastilise deformatsiooni staadiumisse.
Klassifikatsioon
Ülemine voolavuspiir: viitab proovi maksimaalsele pingele enne jõu esimest langemist voolavuspiiri tekkimisel.
Alumine voolavuspiir: viitab minimaalsele pingele voolavusjärgus, kui esialgset mööduvat efekti ignoreeritakse. Kuna alumise voolavuspiiri väärtus on suhteliselt stabiilne, kasutatakse seda tavaliselt materjali takistuse indikaatorina, mida nimetatakse voolavuspiiriks või voolavuspiiriks.
Arvutusvalem
Ülemise voolavuspiiri jaoks: R = F / Sₒ, kus F on maksimaalne jõud enne jõu esimest langust voolavuspiiril ja Sₒ on proovi algne ristlõikepindala.
Madalama voolavuspiiri korral: R = F / Sₒ, kus F on minimaalne jõud F, mis ignoreerib esialgset siirdeefekti, ja Sₒ on proovi algne ristlõikepindala.
Ühik
Voolavuspiiri ühik on tavaliselt MPa (megapaskal) või N/mm² (njuuton ruutmillimeetri kohta).
Näide
Näiteks madala süsinikusisaldusega terase voolavuspiir on tavaliselt 207 MPa. Sellest piirist suurema välise jõu mõjul tekitab madala süsinikusisaldusega teras püsiva deformatsiooni ja seda ei saa taastada; sellest piirist väiksema välise jõu mõjul saab madala süsinikusisaldusega teras naasta oma algsesse olekusse.
Voolavuspiir on üks olulisi näitajaid metallmaterjalide mehaaniliste omaduste hindamisel. See peegeldab materjalide võimet taluda plastset deformatsiooni väliste jõudude mõjul.
Tõmbetugevus
Tõmbetugevus on materjali võime tõmbekoormusele vastu pidada, mida väljendatakse täpsemalt maksimaalse pinge väärtusena, mida materjal tõmbeprotsessi ajal talub. Kui tõmbepinge ületab materjali tõmbetugevuse, deformeerub materjal plastselt või puruneb.
Arvutusvalem
Tõmbetugevuse (σt) arvutusvalem on:
σt = F / A
Kus F on maksimaalne tõmbetugevus (Newton, N), mida proov suudab enne purunemist taluda, ja A on proovi algne ristlõikepindala (ruutmillimeetrites, mm²).
Ühik
Tõmbetugevuse ühik on tavaliselt MPa (megapaskal) või N/mm² (njuuton ruutmillimeetri kohta). 1 MPa võrdub 1 000 000 njuutoniga ruutmeetri kohta, mis on samuti võrdne 1 N/mm²-ga.
Mõjutavad tegurid
Tõmbetugevust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas keemiline koostis, mikrostruktuur, kuumtöötlusprotsess, töötlemismeetod jne. Erinevatel materjalidel on erinev tõmbetugevus, seega on praktilistes rakendustes vaja valida sobivad materjalid materjalide mehaaniliste omaduste põhjal.
Praktiline rakendus
Tõmbetugevus on materjaliteaduse ja -tehnika valdkonnas väga oluline parameeter ning seda kasutatakse sageli materjalide mehaaniliste omaduste hindamiseks. Konstruktsioonide projekteerimisel, materjalide valikul, ohutuse hindamisel jne on tõmbetugevus tegur, mida tuleb arvestada. Näiteks ehitustehnikas on terase tõmbetugevus oluline tegur selle kindlaksmääramisel, kas see talub koormusi; lennunduses on kergete ja ülitugevate materjalide tõmbetugevus õhusõidukite ohutuse tagamise võti.
Väsimustugevus:
Metalli väsimus viitab protsessile, mille käigus materjalid ja komponendid tekitavad tsüklilise pinge või tsüklilise deformatsiooni all järk-järgult ühes või mitmes kohas lokaalseid püsivaid kumulatiivseid kahjustusi ning teatud arvu tsüklite järel tekivad praod või äkilised täielikud murrud.
Omadused
Ajaline äkilisus: Metalli väsimuspurunemine tekib sageli lühikese aja jooksul ootamatult ilma ilmsete märkideta.
Asukoha asukoht: Väsimuspurunemine toimub tavaliselt lokaalsetes piirkondades, kus pinge on koondunud.
Keskkonnatundlikkus ja defektid: Metalli väsimus on väga tundlik keskkonna ja materjali sees olevate pisikeste defektide suhtes, mis võib väsimusprotsessi kiirendada.
Mõjutavad tegurid
Pinge amplituud: Pinge suurus mõjutab otseselt metalli väsimuskestvust.
Keskmine pinge suurusjärk: mida suurem on keskmine pinge, seda lühem on metalli väsimusaeg.
Tsüklite arv: mida rohkem kordi metall on tsüklilise pinge või deformatsiooni all, seda tõsisem on väsimuskahjustuste kuhjumine.
Ennetavad meetmed
Materjalivaliku optimeerimine: Valige materjalid, millel on kõrgemad väsimuspiirid.
Pingete kontsentratsiooni vähendamine: vähendage pingete kontsentratsiooni konstruktsiooni projekteerimise või töötlemismeetodite abil, näiteks ümarate nurkade üleminekute abil, suurendades ristlõike mõõtmeid jne.
Pinnatöötlus: metallpinna poleerimine, pihustamine jne, et vähendada pinnadefekte ja parandada väsimustugevust.
Kontroll ja hooldus: kontrollige regulaarselt metallkomponente, et kiiresti avastada ja parandada defekte, näiteks pragusid; hooldage väsimusele kalduvaid osi, näiteks vahetades kulunud osi ja tugevdades nõrku lülisid.
Metalli väsimus on levinud metalli purunemisviis, mida iseloomustab äkilisus, lokaalsus ja keskkonnatundlikkus. Pinge amplituud, keskmine pinge suurus ja tsüklite arv on peamised tegurid, mis mõjutavad metalli väsimust.
SN-kõver: kirjeldab materjalide väsimuskestvust erinevate pingetasemete all, kus S tähistab pinget ja N tähistab pingetsüklite arvu.
Väsimustugevuse koefitsiendi valem:
(Kf = Ka ∫Kb ∫Kc ∫Kd ∫Ke)
Kus (Ka) on koormustegur, (Kb) on suurustegur, (Kc) on temperatuuritegur, (Kd) on pinna kvaliteeditegur 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 materjalikonstandid.
Arvutusetapid
Määrake materjalikonstandid:
Määrake m ja C väärtused katseliselt või asjakohase kirjanduse abil.
Pingekontsentratsiooni teguri määramine: Pingekontsentratsiooni teguri K määramiseks arvestage detaili tegeliku kuju ja suurusega, samuti fileede, kiilude jms põhjustatud pingekontsentratsiooniga. Väsimustugevuse arvutamine: Väsimustugevuse arvutamiseks kasutage SN-kõverat ja pingekontsentratsiooni tegurit koos detaili kavandatud eluea ja tööpinge tasemega.
2. Plastilisus:
Plastilisus viitab materjali omadusele, et välise jõu mõjul tekitab see püsiva deformatsiooni ilma purunemata, kui väline jõud ületab oma elastsuspiiri. See deformatsioon on pöördumatu ja materjal ei taasta oma algset kuju isegi siis, kui väline jõud eemaldatakse.
Plastilisuse indeks ja selle arvutamise valem
Venivus (δ)
Definitsioon: Venivus on gabariidiprofiili kogudeformatsiooni protsent pärast seda, kui proovi tõmbemurruga algsele gabariidipikkusele tõmmatakse.
Valem: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Kus L0 on proovi algne gabariidipikkus;
L1 on gabariidipikkus pärast proovi purunemist.
Segmentaalne reduktsioon (Ψ)
Definitsioon: Segmendiline vähenemine on ristlõikepindala maksimaalse vähenemise protsent kaeluspunktis pärast seda, kui proov on murtud algsele ristlõikepindalale.
Valem: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Kus F0 on proovi algne ristlõikepindala;
F1 on ristlõikepindala kaeluspunktis pärast proovi purunemist.
3. Kõvadus
Metalli kõvadus on mehaaniliste omaduste indeks, mis mõõdab metallmaterjalide kõvadust. See näitab võimet seista vastu deformatsioonile metalli pinna lokaalses mahus.
Metalli kõvaduse klassifikatsioon ja esitus
Metalli kõvaduse klassifitseerimise ja esitamise meetodid on erinevad vastavalt erinevatele katsemeetoditele. Peamiselt hõlmavad need järgmist:
Brinelli kõvadus (HB):
Kasutusala: Üldiselt kasutatakse pehmema materjali puhul, näiteks värviliste metallide, terase puhul enne kuumtöötlust või pärast lõõmutamist.
Katsepõhimõte: Teatud suurusega katsekoormusega surutakse testitava metalli pinnale teatud läbimõõduga karastatud teraskuul või karbiidist kuul, koormus tühjendatakse kindlaksmääratud aja möödudes ja mõõdetakse testitava pinna süvendi läbimõõtu.
Arvutusvalem: Brinelli kõvadus on jagatis, mis saadakse koormuse jagamisel süvendi sfäärilise pindalaga.
Rockwelli kõvadus (HR):
Kasutusala: Üldiselt kasutatakse suurema kõvadusega materjalide puhul, näiteks pärast kuumtöötlust saadud kõvaduse puhul.
Katse põhimõte: Sarnane Brinelli kõvadusega, kuid kasutades erinevaid sonde (teemant) ja erinevaid arvutusmeetodeid.
Tüübid: Sõltuvalt rakendusest on olemas HRC (kõrge kõvadusega materjalide jaoks), HRA, HRB ja muud tüübid.
Vickersi kõvadus (HV):
Kasutusala: Sobib mikroskoobi analüüsiks.
Katsepõhimõte: Suruge materjali pinda alla 120 kg koormusega ja teemantruudukujulise koonusekujulise treimispingiga, mille tipunurk on 136°, ning jagage materjali süvendi pindala koormuse väärtusega, et saada Vickersi kõvadus.
Leebi kõvadus (HL):
Omadused: Kaasaskantav kõvaduse tester, lihtne mõõta.
Katsepõhimõte: Kasutage löögikuulipea tekitatud põrget pärast kõvaduspinnale löömist ja arvutage kõvadus stantsi tagasilöögikiiruse ja löögikiiruse suhtena 1 mm kaugusel proovipinnast.
Postituse aeg: 25. september 2024
