Testul de rezistență la tracțiune este utilizat în principal pentru a determina capacitatea materialelor metalice de a rezista la deteriorări în timpul procesului de întindere și este unul dintre indicatorii importanți pentru evaluarea proprietăților mecanice ale materialelor.
1. Încercare la tracțiune
Încercarea la tracțiune se bazează pe principiile de bază ale mecanicii materialelor. Prin aplicarea unei sarcini de tracțiune asupra probei de material în anumite condiții, aceasta provoacă o deformare la tracțiune până la ruperea probei. În timpul testului, se înregistrează deformarea probei experimentale sub diferite sarcini și sarcina maximă la ruperea probei, astfel încât să se calculeze rezistența la curgere, rezistența la tracțiune și alți indicatori de performanță ai materialului.
Tensiunea σ = F/A
σ este rezistența la tracțiune (MPa)
F este sarcina de tracțiune (N)
A este aria secțiunii transversale a specimenului
2. Curbă de tracțiune
Analiza mai multor etape ale procesului de întindere:
a. În stadiul OP cu o sarcină mică, alungirea este într-o relație liniară cu sarcina, iar Fp este sarcina maximă pentru a menține linia dreaptă.
b. După ce sarcina depășește Fp, curba de tracțiune începe să adopte o relație neliniară. Proba intră în etapa inițială de deformare, sarcina este îndepărtată și proba poate reveni la starea inițială și se poate deforma elastic.
c. După ce sarcina depășește Fe, sarcina este îndepărtată, o parte din deformare este restabilită, iar o parte din deformarea reziduală este reținută, ceea ce se numește deformare plastică. Fe se numește limită de elasticitate.
d. Când sarcina crește în continuare, curba de tracțiune prezintă o formă de dinți de fierăstrău. Când sarcina nu crește sau nu scade, fenomenul de alungire continuă a probei experimentale se numește cedare. După cedare, proba începe să sufere o deformare plastică evidentă.
e. După cedare, proba prezintă o creștere a rezistenței la deformare, a ecruisării mecanice și a întăririi la deformare. Când sarcina atinge Fb, aceeași parte a probei se contractă brusc. Fb este limita de rezistență.
f. Fenomenul de contracție duce la o scădere a capacității portante a probei. Când sarcina atinge Fk, proba se rupe. Aceasta se numește sarcină de fractură.
Rezistență la curgere
Rezistența la curgere este valoarea maximă a tensiunii pe care un material metalic o poate suporta de la începutul deformării plastice până la fracturarea completă atunci când este supus unei forțe externe. Această valoare marchează punctul critic în care materialul trece de la stadiul de deformare elastică la stadiul de deformare plastică.
Clasificare
Rezistența superioară la cedare: se referă la tensiunea maximă a probei înainte ca forța să scadă pentru prima dată când are loc cedarea.
Limită de curgere inferioară: se referă la tensiunea minimă în stadiul de curgere când efectul tranzitoriu inițial este ignorat. Deoarece valoarea limitei de curgere inferioare este relativ stabilă, aceasta este de obicei utilizată ca indicator al rezistenței materialului, numită limită de curgere sau limită de curgere.
Formula de calcul
Pentru limita superioară de curgere: R = F / Sₒ, unde F este forța maximă înainte ca forța să scadă pentru prima dată în etapa de curgere, iar Sₒ este aria secțiunii transversale inițiale a eșantionului.
Pentru o rezistență la curgere mai mică: R = F / Sₒ, unde F este forța minimă F, ignorând efectul tranzitoriu inițial, iar Sₒ este aria secțiunii transversale inițiale a eșantionului.
Unitate
Unitatea de măsură a limitei de curgere este de obicei MPa (megapascal) sau N/mm² (Newton pe milimetru pătrat).
Exemplu
Luăm ca exemplu oțelul cu conținut scăzut de carbon, a cărui limită de curgere este de obicei de 207 MPa. Atunci când este supus unei forțe externe mai mari decât această limită, oțelul cu conținut scăzut de carbon va produce deformări permanente și nu poate fi restaurat; atunci când este supus unei forțe externe mai mici decât această limită, oțelul cu conținut scăzut de carbon poate reveni la starea sa inițială.
Rezistența la curgere este unul dintre indicatorii importanți pentru evaluarea proprietăților mecanice ale materialelor metalice. Aceasta reflectă capacitatea materialelor de a rezista deformării plastice atunci când sunt supuse unor forțe externe.
Rezistență la tracțiune
Rezistența la tracțiune este capacitatea unui material de a rezista la deteriorare sub sarcină de tracțiune, exprimată în mod specific ca valoarea maximă a tensiunii pe care materialul o poate suporta în timpul procesului de tracțiune. Atunci când tensiunea de tracțiune asupra materialului depășește rezistența sa la tracțiune, materialul va suferi o deformare plastică sau o fractură.
Formula de calcul
Formula de calcul pentru rezistența la tracțiune (σt) este:
σt = F / A
Unde F este forța maximă de tracțiune (Newton, N) pe care o poate suporta proba înainte de rupere, iar A este aria secțiunii transversale inițiale a probei (milimetri pătrați, mm²).
Unitate
Unitatea de măsură a rezistenței la tracțiune este de obicei MPa (megapascal) sau N/mm² (Newton pe milimetru pătrat). 1 MPa este egal cu 1.000.000 de newtoni pe metru pătrat, ceea ce este egal și cu 1 N/mm².
Factori de influență
Rezistența la tracțiune este afectată de mulți factori, inclusiv compoziția chimică, microstructura, procesul de tratament termic, metoda de procesare etc. Diferite materiale au rezistențe la tracțiune diferite, așa că în aplicațiile practice este necesar să se selecteze materiale adecvate pe baza proprietăților mecanice ale materialelor.
Aplicație practică
Rezistența la tracțiune este un parametru foarte important în domeniul științei și ingineriei materialelor și este adesea utilizată pentru a evalua proprietățile mecanice ale materialelor. În ceea ce privește proiectarea structurală, selecția materialelor, evaluarea siguranței etc., rezistența la tracțiune este un factor care trebuie luat în considerare. De exemplu, în ingineria construcțiilor, rezistența la tracțiune a oțelului este un factor important în determinarea dacă acesta poate suporta sarcini; în domeniul aerospațial, rezistența la tracțiune a materialelor ușoare și de înaltă rezistență este cheia asigurării siguranței aeronavelor.
Rezistență la oboseală:
Oboseala metalelor se referă la procesul în care materialele și componentele produc treptat deteriorări cumulative locale permanente în unul sau mai multe locuri sub stres ciclic sau deformare ciclică, iar fisuri sau fracturi complete bruște apar după un anumit număr de cicluri.
Caracteristici
Bruscitate în timp: Ruperea prin oboseală a metalelor apare adesea brusc într-o perioadă scurtă de timp, fără semne evidente.
Localitate în poziție: Defectarea prin oboseală apare de obicei în zonele locale unde este concentrată tensiunea.
Sensibilitate la mediu și defecte: Oboseala metalelor este foarte sensibilă la mediu și la defectele minuscule din interiorul materialului, care pot accelera procesul de oboseală.
Factori de influență
Amplitudinea tensiunii: Magnitudinea tensiunii afectează direct durata de viață la oboseală a metalului.
Mărimea medie a tensiunii: Cu cât tensiunea medie este mai mare, cu atât durata de viață la oboseală a metalului este mai scurtă.
Numărul de cicluri: Cu cât metalul este supus de mai multe ori stresului sau deformării ciclice, cu atât acumularea de daune prin oboseală este mai gravă.
Măsuri preventive
Optimizați selecția materialelor: Selectați materiale cu limite de oboseală mai ridicate.
Reducerea concentrării stresului: Reduceți concentrația de stres prin metode de proiectare structurală sau de procesare, cum ar fi utilizarea tranzițiilor la colțuri rotunjite, creșterea dimensiunilor secțiunii transversale etc.
Tratarea suprafeței: Lustruirea, pulverizarea etc. pe suprafața metalică pentru a reduce defectele de suprafață și a îmbunătăți rezistența la oboseală.
Inspecție și întreținere: Inspectați periodic componentele metalice pentru a detecta și repara prompt defecte precum fisurile; întrețineți piesele predispuse la oboseală, cum ar fi înlocuirea pieselor uzate și consolidarea legăturilor slabe.
Oboseala metalelor este un mod comun de rupere a metalelor, caracterizat prin bruschețe, localizare și sensibilitate la mediu. Amplitudinea solicitării, magnitudinea medie a solicitării și numărul de cicluri sunt principalii factori care afectează oboseala metalelor.
Curba SN: descrie durata de viață la oboseală a materialelor sub diferite niveluri de solicitare, unde S reprezintă solicitarea, iar N reprezintă numărul de cicluri de solicitare.
Formula coeficientului de rezistență la oboseală:
(Kf = Ka ∫Kb ∫Kc ∫Kd ∫Ke)
Unde (Ka) este factorul de sarcină, (Kb) este factorul dimensional, (Kc) este factorul de temperatură, (Kd) este factorul de calitate a suprafeței, iar (Ke) este factorul de fiabilitate.
Expresia matematică a curbei SN:
(\sigma^m N = C)
Unde (σ) este tensiunea, N este numărul de cicluri de tensiune, iar m și C sunt constante ale materialului.
Pași de calcul
Determinați constantele materiale:
Determinați valorile lui m și C prin experimente sau consultând literatura relevantă.
Determinarea factorului de concentrare a tensiunii: Luați în considerare forma și dimensiunea reală a piesei, precum și concentrația de tensiunii cauzată de racorduri, canale de pană etc., pentru a determina factorul de concentrare a tensiunii K. Calculați rezistența la oboseală: Conform curbei SN și factorului de concentrare a tensiunii, combinate cu durata de viață proiectată și nivelul tensiunii de funcționare a piesei, calculați rezistența la oboseală.
2. Plasticitate:
Plasticitatea se referă la proprietatea unui material care, atunci când este supus unei forțe externe, produce o deformare permanentă fără a se rupe atunci când forța externă depășește limita sa elastică. Această deformare este ireversibilă, iar materialul nu își va reveni la forma inițială chiar dacă forța externă este îndepărtată.
Indicele de plasticitate și formula sa de calcul
Alungire (δ)
Definiție: Alungirea este procentul din deformarea totală a secțiunii eșantionului după ce epruveta este fracturată la întindere până la lungimea eșantionului inițial.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Unde L0 este lungimea inițială la eșantion a epruvetei;
L1 este lungimea eșantionului după ruperea epruvetei.
Reducere segmentară (Ψ)
Definiție: Reducerea segmentară este procentul reducerii maxime a ariei secțiunii transversale la punctul de gâtuire după ce specimenul este rupt la aria secțiunii transversale inițiale.
Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Unde F0 este aria secțiunii transversale inițiale a specimenului;
F1 este aria secțiunii transversale la punctul de gâtuire după ruperea epruvetei.
3. Duritate
Duritatea metalelor este un indice al proprietăților mecanice care măsoară duritatea materialelor metalice. Acesta indică capacitatea de a rezista la deformare în volumul local pe suprafața metalului.
Clasificarea și reprezentarea durității metalelor
Duritatea metalelor are o varietate de metode de clasificare și reprezentare în funcție de diferite metode de testare. Include în principal următoarele:
Duritate Brinell (HB):
Domeniu de aplicare: În general, se utilizează atunci când materialul este mai moale, cum ar fi metalele neferoase, oțelul înainte de tratamentul termic sau după recoacere.
Principiul de testare: Cu o anumită dimensiune a sarcinii de testare, o bilă de oțel călit sau o bilă de carbură de un anumit diametru este presată în suprafața metalului care urmează să fie testat, iar sarcina este descărcată după un timp specificat, iar diametrul adânciturii de pe suprafața care urmează să fie testată este măsurat.
Formula de calcul: Valoarea durității Brinell este cotientul obținut prin împărțirea sarcinii la suprafața sferică a adânciturii.
Duritate Rockwell (HR):
Domeniu de aplicare: În general, se utilizează pentru materiale cu duritate mai mare, cum ar fi duritatea după tratament termic.
Principiul de testare: Similar cu duritatea Brinell, dar folosind sonde diferite (diamant) și metode de calcul diferite.
Tipuri: În funcție de aplicație, există HRC (pentru materiale cu duritate ridicată), HRA, HRB și alte tipuri.
Duritate Vickers (HV):
Domeniu de aplicare: Potrivit pentru analiza la microscop.
Principiul testării: Presați suprafața materialului cu o sarcină mai mică de 120 kg și un indentator cu con pătrat diamantat cu un unghi la vârf de 136° și împărțiți suprafața gropii de indentare a materialului la valoarea sarcinii pentru a obține valoarea durității Vickers.
Duritatea Leeb (HL):
Caracteristici: Tester de duritate portabil, ușor de măsurat.
Principiul testării: Folosiți ricoșul generat de capul sferic de impact după impactul cu suprafața de duritate și calculați duritatea prin raportul dintre viteza de revenire a perforatorului la 1 mm de suprafața probei și viteza de impact.
Data publicării: 25 septembrie 2024
