Тестът за якост на опън се използва главно за определяне на способността на металните материали да издържат на повреди по време на процеса на разтягане и е един от важните показатели за оценка на механичните свойства на материалите.
1. Изпитване на опън
Изпитването на опън се основава на основните принципи на механиката на материала. Чрез прилагане на натоварване на опън върху пробата на материала при определени условия, това причинява деформация на опън, докато пробата се счупи. По време на теста се записват деформацията на експерименталната проба при различни натоварвания и максималното натоварване при счупване на пробата, за да се изчисли границата на провлачване, якостта на опън и други показатели за ефективност на материала.
Напрежение σ = F/A
σ е якостта на опън (MPa)
F е натоварването на опън (N)
A е площта на напречното сечение на образеца
2. Крива на опън
Анализ на няколко етапа от процеса на разтягане:
а. В етапа на OP с малко натоварване, удължението е в линейна връзка с натоварването, а Fp е максималното натоварване за поддържане на правата линия.
b. След като натоварването надвиши Fp, кривата на опън започва да приема нелинейна зависимост. Пробата навлиза в началния етап на деформация и натоварването се отстранява и пробата може да се върне в първоначалното си състояние и да се деформира еластично.
c. След като товарът надвиши Fe, товарът се отстранява, част от деформацията се възстановява и част от остатъчната деформация се запазва, което се нарича пластична деформация. Fe се нарича граница на еластичност.
d. Когато натоварването се увеличи допълнително, кривата на опън показва трион. Когато натоварването не се увеличава или намалява, явлението непрекъснато удължаване на експерименталната проба се нарича провлачване. След поддаване пробата започва да претърпява очевидна пластична деформация.
д. След поддаване пробата показва увеличение на устойчивостта на деформация, работното втвърдяване и деформационното укрепване. Когато товарът достигне Fb, същата част от пробата рязко се свива. Fb е границата на силата.
f. Феноменът на свиване води до намаляване на носещата способност на пробата. Когато товарът достигне Fk, пробата се счупва. Това се нарича натоварване при счупване.
Сила на провлачване
Граница на провлачване е максималната стойност на напрежението, което металният материал може да издържи от началото на пластичната деформация до пълното счупване, когато е подложен на външна сила. Тази стойност маркира критичната точка, в която материалът преминава от етапа на еластична деформация към етапа на пластична деформация.
Класификация
Горна граница на провлачване: отнася се до максималното напрежение на пробата преди силата да падне за първи път, когато настъпи провлачване.
По-ниска граница на провлачване: отнася се до минималното напрежение в етапа на провлачване, когато първоначалният преходен ефект се игнорира. Тъй като стойността на долната граница на провлачване е относително стабилна, тя обикновено се използва като индикатор за устойчивост на материала, наречена граница на провлачване или граница на провлачване.
Формула за изчисление
За горна граница на провлачване: R = F / Sₒ, където F е максималната сила преди силата да спадне за първи път в етапа на провлачване, а Sₒ е първоначалната площ на напречното сечение на пробата.
За по-ниска граница на провлачване: R = F / Sₒ, където F е минималната сила F, пренебрегвайки първоначалния преходен ефект, а Sₒ е първоначалната площ на напречното сечение на пробата.
единица
Единицата за граница на провлачване обикновено е MPa (мегапаскал) или N/mm² (нютон на квадратен милиметър).
Пример
Вземете нисковъглеродна стомана като пример, нейната граница на провлачване обикновено е 207MPa. Когато е подложена на външна сила, по-голяма от тази граница, нисковъглеродната стомана ще доведе до постоянна деформация и не може да бъде възстановена; когато е подложена на външна сила, по-малка от тази граница, нисковъглеродната стомана може да се върне в първоначалното си състояние.
Граница на провлачване е един от важните показатели за оценка на механичните свойства на металните материали. Той отразява способността на материалите да издържат на пластична деформация, когато са подложени на външни сили.
Якост на опън
Якостта на опън е способността на материала да устои на повреда при натоварване на опън, което се изразява конкретно като максималната стойност на напрежение, което материалът може да издържи по време на процеса на опън. Когато напрежението на опън върху материала надвиши неговата якост на опън, материалът ще претърпи пластична деформация или счупване.
Формула за изчисление
Формулата за изчисляване на якостта на опън (σt) е:
σt = F / A
Където F е максималната сила на опън (Нютон, N), която образецът може да издържи преди счупване, а A е първоначалната площ на напречното сечение на образеца (квадратен милиметър, mm²).
единица
Единицата за якост на опън обикновено е MPa (мегапаскал) или N/mm² (нютон на квадратен милиметър). 1 MPa е равен на 1 000 000 нютона на квадратен метър, което също е равно на 1 N/mm².
Влияещи фактори
Якостта на опън се влияе от много фактори, включително химичен състав, микроструктура, процес на топлинна обработка, метод на обработка и т.н. Различните материали имат различна якост на опън, така че при практически приложения е необходимо да се изберат подходящи материали въз основа на механичните свойства на материали.
Практическо приложение
Якостта на опън е много важен параметър в областта на материалознанието и инженерството и често се използва за оценка на механичните свойства на материалите. По отношение на структурния дизайн, избора на материал, оценката на безопасността и т.н., якостта на опън е фактор, който трябва да се вземе предвид. Например в строителното инженерство якостта на опън на стоманата е важен фактор при определяне дали тя може да издържи натоварвания; в областта на космическата промишленост якостта на опън на леки и високоякостни материали е ключът към осигуряване на безопасността на самолетите.
Якост на умора:
Умората на метала се отнася до процеса, при който материалите и компонентите постепенно произвеждат локални трайни кумулативни повреди на едно или няколко места при циклично напрежение или циклично напрежение и пукнатини или внезапни пълни счупвания се появяват след определен брой цикли.
Характеристики
Внезапност във времето: Повредата от умора на метала често се случва внезапно за кратък период от време без очевидни признаци.
Локалност в позиция: Отказ от умора обикновено се случва в местни зони, където е концентриран стрес.
Чувствителност към околната среда и дефекти: Умората на метала е много чувствителна към околната среда и малките дефекти вътре в материала, които могат да ускорят процеса на умора.
Влияещи фактори
Амплитуда на напрежението: Големината на напрежението пряко влияе върху живота на метала при умора.
Средна величина на напрежението: Колкото по-голямо е средното напрежение, толкова по-кратък е животът на метала при умора.
Брой цикли: Колкото повече пъти металът е подложен на циклично напрежение или деформация, толкова по-сериозно е натрупването на повреда от умора.
Превантивни мерки
Оптимизирайте избора на материал: Изберете материали с по-високи граници на умора.
Намаляване на концентрацията на напрежение: Намалете концентрацията на напрежение чрез структурно проектиране или методи на обработка, като например използване на преходи със заоблени ъгли, увеличаване на размерите на напречното сечение и др.
Повърхностна обработка: Полиране, пръскане и т.н. върху металната повърхност за намаляване на повърхностните дефекти и подобряване на якостта на умора.
Проверка и поддръжка: Редовно проверявайте металните компоненти, за да откриете и поправите своевременно дефекти като пукнатини; поддържайте части, склонни към умора, като например подмяна на износени части и подсилване на слаби връзки.
Умората на метала е често срещан режим на повреда на метала, който се характеризира с внезапност, локалност и чувствителност към околната среда. Амплитудата на напрежението, средната величина на напрежението и броят на циклите са основните фактори, влияещи върху умората на метала.
SN крива: описва живота на материалите при различни нива на напрежение, където S представлява напрежението, а N представлява броя на циклите на напрежение.
Формула за коефициент на якост на умора:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Където (Ka) е факторът на натоварване, (Kb) е факторът на размера, (Kc) е факторът на температурата, (Kd) е факторът на качеството на повърхността и (Ke) е факторът на надеждност.
SN крива математически израз:
(\sigma^m N = C)
Където (\sigma) е напрежението, N е броят на циклите на напрежение, а m и C са материални константи.
Стъпки на изчисление
Определете материалните константи:
Определете стойностите на m и C чрез експерименти или като се позовавате на съответната литература.
Определете коефициента на концентрация на напрежение: Вземете под внимание действителната форма и размер на детайла, както и концентрацията на напрежение, причинено от филета, шпонкови канали и т.н., за да определите фактора на концентрация на напрежение К. Изчислете якостта на умора: Според кривата SN и напрежението коефициентът на концентрация, комбиниран с проектния живот и нивото на работно напрежение на детайла, изчислява якостта на умора.
2. Пластичност:
Пластичността се отнася до свойството на материал, който, когато е подложен на външна сила, предизвиква постоянна деформация, без да се счупи, когато външната сила надхвърли своята граница на еластичност. Тази деформация е необратима и материалът няма да се върне в първоначалната си форма, дори ако външната сила бъде премахната.
Индекс на пластичност и формула за неговото изчисляване
Удължение (δ)
Дефиниция: Удължението е процентът от общата деформация на участъка на калибра, след като образецът е счупен на опън до първоначалната дължина на калибра.
Формула: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Където L0 е първоначалната габаритна дължина на образеца;
L1 е измервателната дължина след счупване на образеца.
Сегментно намаление (Ψ)
Определение: Сегментното намаление е процентът на максималното намаление на площта на напречното сечение в точката на шийката, след като образецът е счупен до първоначалната площ на напречното сечение.
Формула: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
където F0 е първоначалната площ на напречното сечение на образеца;
F1 е площта на напречното сечение в точката на шийката след счупване на образеца.
3. Твърдост
Твърдостта на метала е индекс на механични свойства за измерване на твърдостта на метални материали. Показва способността да устои на деформация в локалния обем на металната повърхност.
Класификация и представяне на твърдостта на метала
Твърдостта на метала има различни методи за класификация и представяне според различни методи за изпитване. Основно включват следното:
Твърдост по Бринел (HB):
Обхват на приложение: Обикновено се използва, когато материалът е по-мек, като цветни метали, стомана преди термична обработка или след отгряване.
Принцип на изпитване: С определен размер на тестовото натоварване, закалена стоманена топка или карбидна топка с определен диаметър се притиска в повърхността на метала, който ще се тества, и товарът се разтоварва след определено време и диаметърът на вдлъбнатината върху повърхността, която ще се тества, се измерва.
Формула за изчисление: Стойността на твърдостта по Бринел е коефициентът, получен чрез разделяне на натоварването на площта на сферичната повърхност на вдлъбнатината.
Твърдост по Рокуел (HR):
Обхват на приложение: Обикновено се използва за материали с по-висока твърдост, като твърдост след термична обработка.
Принцип на изпитване: Подобен на твърдостта по Бринел, но с използване на различни сонди (диамант) и различни методи за изчисление.
Видове: В зависимост от приложението има HRC (за материали с висока твърдост), HRA, HRB и други видове.
Твърдост по Викерс (HV):
Обхват на приложение: Подходящ за микроскопски анализ.
Принцип на теста: Натиснете повърхността на материала с натоварване по-малко от 120 kg и индентор с диамантен квадратен конус с ъгъл на върха 136° и разделете повърхностната площ на вдлъбнатината на материала на стойността на натоварването, за да получите стойността на твърдостта на Викерс.
Твърдост на Leeb (HL):
Характеристики: Преносим тестер за твърдост, лесен за измерване.
Принцип на теста: Използвайте отскока, генериран от главата на ударната топка след удара върху твърдата повърхност, и изчислете твърдостта чрез съотношението на скоростта на отскок на удара на 1 mm от повърхността на пробата към скоростта на удара.
Време на публикуване: 25 септември 2024 г
