Testul de rezistență la tracțiune este utilizat în principal pentru a determina capacitatea materialelor metalice de a rezista la deteriorare în timpul procesului de întindere și este unul dintre indicatorii importanți pentru evaluarea proprietăților mecanice ale materialelor.
1. Încercarea de tracțiune
Încercarea de tracțiune se bazează pe principiile de bază ale mecanicii materialelor. Prin aplicarea unei sarcini de tracțiune probei de material în anumite condiții, aceasta provoacă deformare la tracțiune până când proba se rupe. În timpul încercării, se înregistrează deformarea probei experimentale sub diferite sarcini și sarcina maximă la ruperea probei, astfel încât să se calculeze limita de 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. Curba de tracțiune
Analiza mai multor etape ale procesului de întindere:
o. În etapa 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 aibă o relație neliniară. Proba intră în stadiul inițial de deformare, iar sarcina este îndepărtată, iar 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 și o parte din deformația reziduală este reținută, ceea ce se numește deformare plastică. Fe se numește limită elastică.
d. Când sarcina crește și mai mult, curba de tracțiune arată dinți de ferăstrău. Când sarcina nu crește sau 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, întărire prin muncă și întărire la deformare. Când sarcina ajunge la Fb, aceeași parte a probei se micșorează brusc. Fb este limita de putere.
f. Fenomenul de contracție duce la scăderea capacității portante a probei. Când sarcina ajunge la Fk, proba se rupe. Aceasta se numește sarcină de fractură.
Puterea de curgere
Limita de curgere este valoarea maximă a tensiunii pe care o poate rezista un material metalic 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
Limita de curgere superioară: se referă la solicitarea maximă a probei înainte ca forța să scadă pentru prima dată când are loc cedarea.
Limita de curgere mai mică: se referă la solicitarea minimă în stadiul de curgere când efectul tranzitoriu inițial este ignorat. Deoarece valoarea limitei de curgere inferioară este relativ stabilă, este de obicei folosită ca un indicator al rezistenței materialului, numit limită de curgere sau limită de curgere.
Formula de calcul
Pentru limita de curgere superioară: R = F / Sₒ, unde F este forța maximă înainte ca forța să scadă pentru prima dată în stadiul de curgere și Sₒ este aria secțiunii transversale inițiale a probei.
Pentru limită de curgere mai mică: R = F / Sₒ, unde F este forța minimă F ignorând efectul tranzitoriu inițial și Sₒ este aria secțiunii transversale inițiale a probei.
Unitate
Unitatea de măsură a curgerii este de obicei MPa (megapascal) sau N/mm² (Newton pe milimetru pătrat).
Exemplu
Luați ca exemplu oțelul cu conținut scăzut de carbon, limita de randament este de obicei 207MPa. Când este supus unei forțe externe mai mari decât această limită, oțelul cu conținut scăzut de carbon va produce deformare permanentă și nu poate fi restaurat; atunci când este supus la o forță externă mai mică decât această limită, oțelul cu conținut scăzut de carbon poate reveni la starea inițială.
Limita de curgere este unul dintre indicatorii importanți pentru evaluarea proprietăților mecanice ale materialelor metalice. Reflectă capacitatea materialelor de a rezista la deformarea plastică atunci când sunt supuse unor forțe externe.
Rezistență la tracțiune
Rezistența la tracțiune este capacitatea unui material de a rezista la deteriorări sub sarcină de tracțiune, care este exprimată în mod specific ca valoarea maximă a tensiunii pe care materialul o poate rezista în timpul procesului de tracțiune. Când solicitarea de tracțiune asupra materialului depășește rezistența sa la tracțiune, materialul va suferi deformare plastică sau rupere.
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 specimenul înainte de rupere și A este aria secțiunii transversale inițiale a specimenului (milimetru pătrat, mm²).
Unitate
Unitatea de rezistență 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, care este, de asemenea, egal 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 prelucrare etc. Diferitele materiale au rezistențe diferite la tracțiune, așa că în aplicațiile practice, este necesar să se selecteze materiale adecvate pe baza proprietăților mecanice ale materiale.
Aplicație practică
Rezistența la tracțiune este un parametru foarte important în domeniul științei și ingineriei materialelor și este adesea folosită 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 poate rezista la sarcini; în domeniul aerospațial, rezistența la tracțiune a materialelor ușoare și de înaltă rezistență este cheia pentru asigurarea siguranței aeronavelor.
Rezistența la oboseală:
Oboseala metalică se referă la procesul în care materialele și componentele produc treptat daune locale cumulate permanente într-unul sau mai multe locuri sub tensiune ciclică sau deformare ciclică, iar fisurile sau fracturile complete bruște apar după un anumit număr de cicluri.
Caracteristici
Bruscă în timp: Defecțiunea prin oboseală metalică apare adesea brusc într-o perioadă scurtă de timp, fără semne evidente.
Localitate în poziție: Eșecul de oboseală apare de obicei în zonele locale în care este concentrat stresul.
Sensibilitate la mediu și defecte: Oboseala metalelor este foarte sensibilă la mediu și la micile defecte din interiorul materialului, care pot accelera procesul de oboseală.
Factori de influență
Amplitudinea tensiunii: magnitudinea tensiunii afectează direct durata de viață a metalului la oboseală.
Mărimea medie a tensiunii: cu cât efortul mediu este mai mare, cu atât durata de viață a metalului la oboseală este mai scurtă.
Numărul de cicluri: cu cât metalul este de mai multe ori sub stres ciclic sau încordare, cu atât mai gravă este acumularea de deteriorare prin oboseală.
Măsuri preventive
Optimizați selecția materialelor: selectați materiale cu limite de oboseală mai mari.
Reducerea concentrației de stres: Reduceți concentrația de stres prin proiectarea structurală sau metode de procesare, cum ar fi utilizarea tranzițiilor de colț rotunjite, creșterea dimensiunilor secțiunii transversale etc.
Tratamentul suprafeței: Lustruire, pulverizare, etc. pe suprafața metalică pentru a reduce defectele de suprafață și pentru a îmbunătăți rezistența la oboseală.
Inspecție și întreținere: inspectați regulat componentele metalice pentru a detecta și repara prompt defecte precum fisurile; mențineți piesele predispuse la oboseală, cum ar fi înlocuirea pieselor uzate și consolidarea legăturilor slabe.
Oboseala metalică este un mod obișnuit de defectare a metalelor, care se caracterizează prin bruscă, localitate și sensibilitate la mediu. Amplitudinea tensiunii, magnitudinea medie a tensiunii și numărul de cicluri sunt principalii factori care afectează oboseala metalului.
Curba SN: descrie durata de viață la oboseală a materialelor sub diferite niveluri de solicitare, unde S reprezintă solicitarea și N reprezintă numărul de cicluri de solicitare.
Formula coeficientului de rezistență la oboseală:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Unde (Ka) este factorul de sarcină, (Kb) este factorul de dimensiune, (Kc) este factorul de temperatură, (Kd) este factorul de calitate a suprafeței și (Ke) este factorul de fiabilitate.
Expresia matematică a curbei SN:
(\sigma^m N = C)
Unde (\sigma) este stresul, N este numărul de cicluri de stres, iar m și C sunt constante materiale.
Etape de calcul
Determinați constantele materialelor:
Determinați valorile lui m și C prin experimente sau prin referire la literatura relevantă.
Determinați factorul de concentrare a tensiunii: Luați în considerare forma și dimensiunea reală a piesei, precum și concentrația tensiunii cauzate de fileuri, caneluri etc., pentru a determina factorul de concentrare a tensiunii K. Calculați rezistența la oboseală: Conform curbei SN și al tensiunii factorul de concentrare, combinat cu durata de viață proiectată și nivelul de stres de lucru al piesei, calculează 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 rupere atunci când forța externă depășește limita sa elastică. Această deformare este ireversibilă, iar materialul nu va reveni la forma sa inițială chiar dacă forța externă este îndepărtată.
Indicele de plasticitate și formula lui de calcul
Alungire (δ)
Definiție: Alungirea este procentul de deformare totală a secțiunii ecartamentului după ce specimenul este fracturat la tracțiune până la lungimea ecartamentului inițial.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Unde L0 este lungimea ecartată inițială a eșantionului;
L1 este lungimea ecartamentului după spargerea probei.
Reducere segmentară (Ψ)
Definiție: Reducerea segmentară este procentul de reducere maximă a ariei secțiunii transversale în punctul de gât după ce specimenul este spart în zona secțiunii transversale inițiale.
Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Unde F0 este aria secțiunii transversale inițiale a specimenului;
F1 este aria secțiunii transversale în punctul de gât după spargerea probei.
3. Duritate
Duritatea metalului este un indice de proprietate mecanică pentru a măsura duritatea materialelor metalice. Indică capacitatea de a rezista la deformări în volumul local de pe suprafața metalică.
Clasificarea și reprezentarea durității metalelor
Duritatea metalului are o varietate de metode de clasificare și reprezentare în funcție de diferite metode de testare. Include în principal următoarele:
Duritate Brinell (HB):
Domeniul de aplicare: Se utilizează în general 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 întărit sau o bilă de carbură cu un anumit diametru este presată pe suprafața metalului care urmează să fie testat, iar sarcina este descărcată după un timp specificat și diametrul indentării pe suprafața de testat se măsoară.
Formula de calcul: Valoarea durității Brinell este coeficientul obținut prin împărțirea sarcinii la aria suprafeței sferice a indentării.
Duritate Rockwell (HR):
Domeniul de aplicare: Utilizat în general pentru materiale cu duritate mai mare, cum ar fi duritatea după tratamentul termic.
Principiul testului: Similar cu duritatea Brinell, dar folosind diferite sonde (diamant) și metode de calcul diferite.
Tipuri: În funcție de aplicație, există HRC (pentru materiale cu duritate mare), HRA, HRB și alte tipuri.
Duritate Vickers (HV):
Domeniul de aplicare: Potrivit pentru analiza la microscop.
Principiul de testare: Apăsați suprafața materialului cu o sarcină mai mică de 120 kg și un indentor conic pătrat de diamant cu un unghi de vârf de 136 ° și împărțiți suprafața gropii de indentare a materialului la valoarea încărcăturii pentru a obține valoarea durității Vickers.
Duritate Leeb (HL):
Caracteristici: Tester de duritate portabil, ușor de măsurat.
Principiul testului: Folosiți săritura generată de capul bilei de impact după impactul asupra suprafeței de duritate și calculați duritatea prin raportul dintre viteza de revenire a poansonului la 1 mm de la suprafața probei și viteza de impact.
Ora postării: 25-sept-2024
