Zkouška pevnosti v tahu se používá především ke stanovení schopnosti kovových materiálů odolávat poškození během procesu protahování a je jedním z důležitých ukazatelů pro hodnocení mechanických vlastností materiálů.
1. Zkouška tahem
Zkouška tahem vychází ze základních principů mechaniky materiálů. Působením tahového zatížení na vzorek materiálu za určitých podmínek způsobí tahovou deformaci, dokud se vzorek nerozbije. Během zkoušky se zaznamenává deformace experimentálního vzorku při různém zatížení a maximální zatížení při přetržení vzorku, aby se vypočítala mez kluzu, pevnost v tahu a další ukazatele výkonnosti materiálu.
Napětí σ = F/A
σ je pevnost v tahu (MPa)
F je zatížení v tahu (N)
A je plocha průřezu vzorku
2. Tahová křivka
Analýza několika fází procesu protahování:
A. Ve fázi OP s malým zatížením je prodloužení v lineárním vztahu se zatížením a Fp je maximální zatížení pro udržení přímky.
b. Poté, co zatížení překročí Fp, křivka tahu začne nabývat nelineárního vztahu. Vzorek vstoupí do počáteční fáze deformace a zatížení je odstraněno a vzorek se může vrátit do původního stavu a pružně deformovat.
C. Po překročení zatížení Fe se zatížení odstraní, část deformace se obnoví a část zbytkové deformace zůstane zachována, což se nazývá plastická deformace. Fe se nazývá mez pružnosti.
d. Když se zatížení dále zvyšuje, křivka tahu ukazuje pilový zub. Když se zatížení nezvyšuje ani nesnižuje, jev kontinuálního prodlužování experimentálního vzorku se nazývá poddajnost. Po poddajnosti začne vzorek podléhat zjevné plastické deformaci.
E. Po poddajnosti vzorek vykazuje zvýšení deformačního odporu, deformační zpevnění a deformační zpevnění. Když zatížení dosáhne Fb, stejná část vzorku se prudce smrští. Fb je limit síly.
F. Fenomén smršťování vede ke snížení únosnosti vzorku. Když zatížení dosáhne Fk, vzorek se zlomí. Toto se nazývá lomové zatížení.
Mez kluzu
Mez kluzu je maximální hodnota napětí, které může kovový materiál odolat od začátku plastické deformace až do úplného lomu, když je vystaven vnější síle. Tato hodnota označuje kritický bod, kde materiál přechází z fáze elastické deformace do fáze plastické deformace.
Klasifikace
Horní mez kluzu: odkazuje na maximální napětí vzorku před prvním poklesem síly, když dojde k kluzu.
Nižší mez kluzu: odkazuje na minimální napětí ve fázi kluzu, kdy se ignoruje počáteční přechodový efekt. Protože hodnota dolní meze kluzu je relativně stabilní, používá se obvykle jako indikátor odolnosti materiálu, nazývaný mez kluzu nebo mez kluzu.
Výpočtový vzorec
Pro horní mez kluzu: R = F / Sₒ, kde F je maximální síla před prvním poklesem síly ve fázi kluzu a Sₒ je původní plocha průřezu vzorku.
Pro nižší mez kluzu: R = F / Sₒ, kde F je minimální síla F ignorující počáteční přechodový efekt a Sₒ je původní plocha průřezu vzorku.
Jednotka
Jednotkou meze kluzu je obvykle MPa (megapascal) nebo N/mm² (Newton na čtvereční milimetr).
Příklad
Vezměme si jako příklad nízkouhlíkovou ocel, její mez kluzu je obvykle 207 MPa. Při vystavení vnější síle větší než tento limit bude nízkouhlíková ocel produkovat trvalou deformaci a nelze ji obnovit; při vystavení vnější síle menší než je tato mez se může nízkouhlíková ocel vrátit do původního stavu.
Mez kluzu je jedním z důležitých ukazatelů pro hodnocení mechanických vlastností kovových materiálů. Odráží schopnost materiálů odolávat plastické deformaci při působení vnějších sil.
Pevnost v tahu
Pevnost v tahu je schopnost materiálu odolávat poškození při tahovém zatížení, která je specificky vyjádřena jako maximální hodnota napětí, které materiál vydrží během procesu tahu. Když tahové napětí na materiálu překročí jeho pevnost v tahu, materiál podstoupí plastickou deformaci nebo lom.
Výpočtový vzorec
Výpočtový vzorec pro pevnost v tahu (σt) je:
σt = F / A
Kde F je maximální tahová síla (Newton, N), kterou může vzorek odolat před zlomením, a A je původní plocha průřezu vzorku (čtvereční milimetr, mm²).
Jednotka
Jednotkou pevnosti v tahu je obvykle MPa (megapascal) nebo N/mm² (Newton na čtvereční milimetr). 1 MPa se rovná 1 000 000 Newtonů na metr čtvereční, což se také rovná 1 N/mm².
Ovlivňující faktory
Pevnost v tahu je ovlivněna mnoha faktory, včetně chemického složení, mikrostruktury, procesu tepelného zpracování, způsobu zpracování atd. Různé materiály mají různou pevnost v tahu, takže v praktických aplikacích je nutné vybrat vhodné materiály na základě mechanických vlastností materiálu. materiálů.
Praktická aplikace
Pevnost v tahu je velmi důležitý parametr v oblasti materiálové vědy a inženýrství a často se používá k hodnocení mechanických vlastností materiálů. Z hlediska konstrukčního návrhu, výběru materiálu, posouzení bezpečnosti atd. je pevnost v tahu faktorem, který je třeba vzít v úvahu. Například ve stavebním inženýrství je pevnost v tahu oceli důležitým faktorem při určování, zda může odolat zatížení; v oblasti letectví a kosmonautiky je pevnost v tahu lehkých a vysokopevnostních materiálů klíčem k zajištění bezpečnosti letadel.
Síla únavy:
Únavou kovů se rozumí proces, při kterém materiály a součásti postupně vytvářejí lokální trvalé kumulativní poškození na jednom nebo několika místech pod cyklickým namáháním nebo cyklickým namáháním a po určitém počtu cyklů dochází k prasklinám nebo náhlým úplným lomům.
Vlastnosti
Náhlost v čase: Únavové selhání kovu se často objevuje náhle v krátkém časovém úseku bez zjevných známek.
Místo v poloze: Únavové selhání se obvykle vyskytuje v místních oblastech, kde se koncentruje stres.
Citlivost na prostředí a vady: Únava kovu je velmi citlivá na prostředí a drobné vady uvnitř materiálu, které mohou urychlit proces únavy.
Ovlivňující faktory
Amplituda napětí: Velikost napětí přímo ovlivňuje únavovou životnost kovu.
Průměrná velikost napětí: Čím větší je průměrné napětí, tím kratší je únavová životnost kovu.
Počet cyklů: Čím vícekrát je kov vystaven cyklickému namáhání nebo deformaci, tím závažnější je akumulace únavového poškození.
Preventivní opatření
Optimalizujte výběr materiálu: Vyberte materiály s vyššími limity únavy.
Snížení koncentrace napětí: Snižte koncentraci napětí pomocí konstrukčního návrhu nebo metod zpracování, jako je použití zaoblených rohových přechodů, zvětšení průřezových rozměrů atd.
Povrchová úprava: Leštění, nástřik atd. na kovový povrch pro snížení povrchových defektů a zlepšení únavové pevnosti.
Kontrola a údržba: Pravidelně kontrolujte kovové součásti, abyste rychle odhalili a opravili vady, jako jsou praskliny; udržovat díly náchylné k únavě, jako je výměna opotřebovaných dílů a zesílení slabých článků.
Únava kovu je běžný způsob porušení kovu, který se vyznačuje náhlostí, lokalitou a citlivostí na prostředí. Amplituda napětí, průměrná velikost napětí a počet cyklů jsou hlavními faktory ovlivňujícími únavu kovu.
SN křivka: popisuje únavovou životnost materiálů při různých úrovních napětí, kde S představuje napětí a N představuje počet napěťových cyklů.
Vzorec koeficientu únavové pevnosti:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Kde (Ka) je faktor zatížení, (Kb) je faktor velikosti, (Kc) je teplotní faktor, (Kd) je faktor kvality povrchu a (Ke) je faktor spolehlivosti.
Matematické vyjádření křivky SN:
(\sigma^m N = C)
Kde (\sigma) je napětí, N je počet cyklů napětí a ma C jsou materiálové konstanty.
Kroky výpočtu
Určete materiálové konstanty:
Hodnoty m a C určete pomocí experimentů nebo podle příslušné literatury.
Určete faktor koncentrace napětí: Zvažte skutečný tvar a velikost součásti, stejně jako koncentraci napětí způsobenou zaoblením, drážkami atd., abyste určili faktor koncentrace napětí K. Vypočítejte únavovou pevnost: Podle křivky SN a napětí koncentrační faktor v kombinaci s návrhovou životností a úrovní pracovního namáhání součásti vypočítá únavovou pevnost.
2. Plasticita:
Plasticita se týká vlastnosti materiálu, který, když je vystaven vnější síle, vytváří trvalou deformaci bez porušení, když vnější síla překročí svou mez pružnosti. Tato deformace je nevratná a materiál se nevrátí do původního tvaru ani po odstranění vnější síly.
Index plasticity a vzorec pro jeho výpočet
Prodloužení (δ)
Definice: Prodloužení je procento celkové deformace kalibrační části poté, co je vzorek tahovým lomem porušen na původní kalibrovanou délku.
Vzorec: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
kde L0 je původní měrná délka vzorku;
L1 je měrná délka po rozbití vzorku.
Segmentové snížení (Ψ)
Definice: Segmentové zmenšení je procento maximálního zmenšení plochy průřezu v bodě zúžení poté, co je vzorek rozbit na původní plochu průřezu.
Vzorec: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
Kde F0 je původní plocha průřezu vzorku;
F1 je plocha příčného řezu v místě hrdla po zlomení vzorku.
3. Tvrdost
Tvrdost kovu je index mechanických vlastností pro měření tvrdosti kovových materiálů. Označuje schopnost odolávat deformaci v místním objemu na kovovém povrchu.
Klasifikace a vyjádření tvrdosti kovů
Tvrdost kovu má řadu klasifikačních a reprezentačních metod podle různých zkušebních metod. Zahrnuje především následující:
Tvrdost podle Brinella (HB):
Rozsah použití: Obecně se používá, když je materiál měkčí, jako jsou neželezné kovy, ocel před tepelným zpracováním nebo po žíhání.
Princip testu: Při určité velikosti zkušebního zatížení se do povrchu zkoušeného kovu vtlačí tvrzená ocelová kulička nebo karbidová kulička určitého průměru a po určité době se zátěž odlehčí a průměr vtisku na povrchu, který má být testován.
Výpočtový vzorec: Hodnota tvrdosti podle Brinella je kvocient získaný vydělením zatížení plochou kulového povrchu vtisku.
Tvrdost podle Rockwella (HR):
Rozsah použití: Obecně se používá pro materiály s vyšší tvrdostí, jako je tvrdost po tepelném zpracování.
Princip testu: Podobný tvrdosti podle Brinella, ale s použitím různých sond (diamant) a různých metod výpočtu.
Typy: V závislosti na aplikaci existují HRC (pro materiály s vysokou tvrdostí), HRA, HRB a další typy.
Tvrdost podle Vickerse (HV):
Rozsah použití: Vhodné pro mikroskopickou analýzu.
Princip testu: Stiskněte povrch materiálu se zatížením menším než 120 kg a diamantovým čtvercovým kuželovým indentorem s vrcholovým úhlem 136° a vydělte plochu povrchu vtlačovací jámy materiálu hodnotou zatížení, abyste získali hodnotu tvrdosti podle Vickerse.
Leebova tvrdost (HL):
Vlastnosti: Přenosný tvrdoměr, snadno měřitelný.
Princip testu: Použijte odraz generovaný nárazovou kulovou hlavou po dopadu na povrch tvrdosti a vypočítejte tvrdost poměrem rychlosti odrazu razníku ve vzdálenosti 1 mm od povrchu vzorku k rychlosti nárazu.
Čas odeslání: 25. září 2024
