Выпрабаванне трываласці на расцяжэнне ў асноўным выкарыстоўваецца для вызначэння здольнасці металічных матэрыялаў супрацьстаяць пашкоджанням у працэсе расцяжэння і з'яўляецца адным з важных паказчыкаў для ацэнкі механічных уласцівасцей матэрыялаў.
1. Выпрабаванне на расцяжэнне
Выпрабаванне на расцяжэнне заснавана на асноўных прынцыпах механікі матэрыялаў. Прыклаўшы нагрузку на расцяжэнне да ўзору матэрыялу пры пэўных умовах, гэта выклікае дэфармацыю расцяжэння, пакуль узор не разарвецца. Падчас выпрабаванняў рэгіструюцца дэфармацыя доследнага ўзору пры розных нагрузках і максімальная нагрузка пры разрыве ўзору, каб разлічыць мяжу цякучасці, трываласць на разрыў і іншыя паказчыкі эксплуатацыйных характарыстык матэрыялу.
Напружанне σ = F/A
σ - трываласць на разрыў (МПа)
F - нагрузка на расцяжэнне (Н)
А — плошча папярочнага сячэння ўзору
2. Крывая расцяжэння
Аналіз некалькіх этапаў працэсу расцяжэння:
а. У стадыі OP з невялікай нагрузкай падаўжэнне знаходзіцца ў лінейнай залежнасці ад нагрузкі, а Fp - гэта максімальная нагрузка для захавання прамой лініі.
б. Пасля таго, як нагрузка перавышае Fp, крывая расцяжэння пачынае прымаць нелінейную залежнасць. Узор пераходзіць у пачатковую стадыю дэфармацыі, і нагрузка здымаецца, і ўзор можа вярнуцца ў зыходны стан і пругка дэфармавацца.
в. Пасля таго, як нагрузка перавышае Fe, нагрузка здымаецца, частка дэфармацыі аднаўляецца, а частка рэшткавай дэфармацыі захоўваецца, што называецца пластычнай дэфармацыяй. Fe называецца мяжой пругкасці.
d. Пры далейшым павелічэнні нагрузкі крывая расцяжэння паказвае зубчастую пілу. Калі нагрузка не павялічваецца і не памяншаецца, з'ява бесперапыннага падаўжэння доследнага ўзору называецца пластычнасцю. Пасля паддавання ўзор пачынае падвяргацца відавочнай пластычнай дэфармацыі.
д. Пасля даўгавечнасці ўзор паказвае павелічэнне трываласці дэфармацыі, дэфармацыйнага ўмацавання і дэфармацыйнага ўмацавання. Калі нагрузка дасягае Fb, тая ж частка ўзору рэзка скарачаецца. Fb - мяжа трываласці.
е. З'ява ўсаджвання прыводзіць да зніжэння апорнай здольнасці ўзору. Калі нагрузка дасягае Fk, узор разрываецца. Гэта называецца нагрузкай на пералом.
Мяжа цякучасці
Мяжа цякучасці - гэта максімальнае значэнне напружання, якое можа вытрымаць металічны матэрыял ад пачатку пластычнай дэфармацыі да поўнага разбурэння пры ўздзеянні знешняй сілы. Гэта значэнне адзначае крытычную кропку, дзе матэрыял пераходзіць са стадыі пругкай дэфармацыі ў стадыю пластычнай дэфармацыі.
Класіфікацыя
Верхняя мяжа цякучасці: адносіцца да максімальнага напружання ўзору перад першым падзеннем сілы, калі адбываецца цякучасць.
Больш нізкі мяжа цякучасці: адносіцца да мінімальнага напружання на стадыі цякучасці, калі першапачатковы пераходны эфект ігнаруецца. Паколькі значэнне ніжняй мяжы цякучасці адносна стабільнае, яна звычайна выкарыстоўваецца ў якасці індыкатара супраціву матэрыялу, які называецца мяжой цякучасці або мяжой цякучасці.
Формула разліку
Для верхняй мяжы цякучасці: R = F / Sₒ, дзе F - гэта максімальная сіла перад першым падзеннем сілы на стадыі цякучасці, а Sₒ - першапачатковая плошча папярочнага сячэння ўзору.
Для меншай мяжы цякучасці: R = F / Sₒ, дзе F - мінімальная сіла F без уліку першапачатковага пераходнага эфекту, а Sₒ - зыходная плошча папярочнага сячэння ўзору.
Адзінка
Адзінкай мяжы цякучасці звычайна з'яўляецца Мпа (мегапаскаль) або Н/мм² (ньютан на квадратны міліметр).
Прыклад
У якасці прыкладу возьмем сталь з нізкім утрыманнем вугляроду, яе мяжа цякучасці звычайна складае 207 МПа. Пры ўздзеянні знешняй сілы, якая перавышае гэты ліміт, нізкавугляродзістая сталь прывядзе да пастаяннай дэфармацыі і не можа быць адноўлена; пры ўздзеянні знешняй сілы, меншай за гэты ліміт, нізкавугляродзістая сталь можа вярнуцца ў зыходны стан.
Мяжа цякучасці - адзін з важных паказчыкаў для ацэнкі механічных уласцівасцяў металічных матэрыялаў. Ён адлюстроўвае здольнасць матэрыялаў супраціўляцца пластычнай дэфармацыі пры ўздзеянні знешніх сіл.
Трываласць на разрыў
Трываласць на расцяжэнне - гэта здольнасць матэрыялу супрацьстаяць пашкоджанням пры нагрузцы на расцяжэнне, якая ў прыватнасці выражаецца як максімальнае значэнне напружання, якое матэрыял можа вытрымаць у працэсе расцяжэння. Калі расцягвае напружанне матэрыялу перавышае яго трываласць на разрыў, матэрыял будзе падвяргацца пластычнай дэфармацыі або разбурэння.
Формула разліку
Формула разліку трываласці на разрыў (σt):
σt = F / A
Дзе F — максімальная сіла расцяжэння (Ньютан, Н), якую можа вытрымаць узор да разбурэння, а A — зыходная плошча папярочнага сячэння ўзору (квадратны міліметр, мм²).
Адзінка
Адзінкай трываласці на разрыў звычайна з'яўляецца Мпа (мегапаскаль) або Н/мм² (ньютан на квадратны міліметр). 1 Мпа роўны 1 000 000 Ньютанаў на квадратны метр, што таксама роўна 1 Н/мм².
Фактары ўплыву
На трываласць на разрыў уплывае шмат фактараў, у тым ліку хімічны склад, мікраструктура, працэс тэрмічнай апрацоўкі, спосаб апрацоўкі і г. д. Розныя матэрыялы маюць розную трываласць на разрыў, таму ў практычных прымяненнях неабходна выбіраць прыдатныя матэрыялы на аснове механічных уласцівасцей матэрыялу. матэрыялаў.
Практычнае прымяненне
Мяжа трываласці на разрыў з'яўляецца вельмі важным параметрам у галіне матэрыялазнаўства і інжынерыі, і часта выкарыстоўваецца для ацэнкі механічных уласцівасцяў матэрыялаў. З пункту гледжання канструктыўнага дызайну, выбару матэрыялу, ацэнкі бяспекі і г.д., трываласць на разрыў з'яўляецца фактарам, які неабходна ўлічваць. Напрыклад, у будаўнічай тэхніцы трываласць сталі на разрыў з'яўляецца важным фактарам, які вызначае, ці можа яна вытрымліваць нагрузкі; у галіне аэракасмічнай прамысловасці трываласць на разрыў лёгкіх і высокатрывалых матэрыялаў з'яўляецца ключом да забеспячэння бяспекі самалётаў.
Трываласць на стомленасць:
Стомленасць металу адносіцца да працэсу, у якім матэрыялы і кампаненты паступова ствараюць лакальныя незваротныя кумулятыўныя пашкоджанні ў адным або некалькіх месцах пад дзеяннем цыклічнага напружання або цыклічнай дэфармацыі, а пасля пэўнай колькасці цыклаў узнікаюць расколіны або раптоўныя поўныя разломы.
Асаблівасці
Раптоўнасць у часе: стомленасць металу часта адбываецца раптоўна за кароткі прамежак часу без відавочных прыкмет.
Лакальнасць у становішчы: адмова ад стомленасці звычайна ўзнікае ў мясцовых раёнах, дзе канцэнтруецца стрэс.
Адчувальнасць да навакольнага асяроддзя і дэфектаў: стомленасць металу вельмі адчувальная да навакольнага асяроддзя і драбнюткіх дэфектаў унутры матэрыялу, якія могуць паскорыць працэс стомленасці.
Фактары ўплыву
Амплітуда напружання: Велічыня напружання непасрэдна ўплывае на даўгавечнасць металу пры ўсталасці.
Сярэдняя велічыня напружання: Чым большае сярэдняе напружанне, тым меншы тэрмін службы металу пры стомленасці.
Колькасць цыклаў: Чым больш разоў метал знаходзіцца пад цыклічным напружаннем або дэфармацыяй, тым больш сур'ёзна назапашваецца стомленае пашкоджанне.
Меры прафілактыкі
Аптымізуйце выбар матэрыялаў: выбірайце матэрыялы з больш высокімі межамі стомленасці.
Зніжэнне канцэнтрацыі напружання: Паменшыце канцэнтрацыю напружання з дапамогай структурнага праектавання або метадаў апрацоўкі, такіх як выкарыстанне пераходаў з закругленымі кутамі, павелічэнне памераў папярочнага перасеку і г.д.
Апрацоўка паверхні: паліроўка, распыленне і г.д. на паверхні металу для памяншэння дэфектаў паверхні і павышэння трываласці на ўсталасць.
Праверка і тэхнічнае абслугоўванне: Рэгулярна правярайце металічныя кампаненты для аператыўнага выяўлення і ліквідацыі дэфектаў, такіх як расколіны; падтрымліваць дэталі, схільныя да стомленасці, напрыклад, замяняць зношаныя дэталі і ўмацоўваць слабыя звёны.
Стомленасць металу - гэта звычайны спосаб разбурэння металу, які характарызуецца раптоўнасцю, лакальнасцю і адчувальнасцю да навакольнага асяроддзя. Амплітуда напружання, сярэдняя велічыня напружання і колькасць цыклаў з'яўляюцца асноўнымі фактарамі, якія ўплываюць на стомленасць металу.
Крывая SN: апісвае даўгавечнасць матэрыялаў пры розных узроўнях напружання, дзе S уяўляе напружанне, а N - колькасць цыклаў напружання.
Формула каэфіцыента трываласці на стомленасць:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Дзе (Ka) - каэфіцыент нагрузкі, (Kb) - каэфіцыент памеру, (Kc) - тэмпературны каэфіцыент, (Kd) - каэфіцыент якасці паверхні, (Ke) - каэфіцыент надзейнасці.
Матэматычны выраз крывой SN:
(\sigma^m N = C)
Дзе (\sigma) — напружанне, N — колькасць цыклаў напружання, а m і C — канстанты матэрыялу.
Этапы разліку
Вызначце матэрыяльныя канстанты:
Вызначце значэнні m і C з дапамогай эксперыментаў або звярнуўшыся да адпаведнай літаратуры.
Вызначце каэфіцыент канцэнтрацыі напружання: улічвайце фактычную форму і памер дэталі, а таксама канцэнтрацыю напружання, выкліканага шчылінамі, шпонкавымі пазамі і г.д., каб вызначыць каэфіцыент канцэнтрацыі напружання K. Разлічыце трываласць на стомленасць: у адпаведнасці з крывой SN і напружаннем каэфіцыент канцэнтрацыі ў спалучэнні з разліковым тэрмінам службы і ўзроўнем працоўнага напружання дэталі разлічыць усталостную трываласць.
2. Пластычнасць:
Пластычнасць адносіцца да ўласцівасці матэрыялу, які пры ўздзеянні знешняй сілы стварае пастаянную дэфармацыю без разбурэння, калі знешняя сіла перавышае мяжу пругкасці. Гэтая дэфармацыя незваротная, і матэрыял не вернецца да сваёй першапачатковай формы, нават калі знешняя сіла будзе выдалена.
Паказчык пластычнасці і формула яго разліку
Падаўжэнне (δ)
Вызначэнне: падаўжэнне - гэта працэнт ад агульнай дэфармацыі калібраванага ўчастка пасля разрыву ўзору пры расцяжэнні да зыходнай даўжыні.
Формула: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Дзе L0 - першапачатковая даўжыня ўзору;
L1 - гэта даўжыня калібра пасля разлому ўзору.
Сегментнае скарачэнне (Ψ)
Вызначэнне: сегментарнае памяншэнне - гэта працэнт максімальнага памяншэння плошчы папярочнага сячэння ў месцы шыйкі пасля разлому ўзору да зыходнай плошчы папярочнага сячэння.
Формула: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Дзе F0 - зыходная плошча папярочнага сячэння ўзору;
F1 - гэта плошча папярочнага сячэння ў месцы шыйкі пасля разлому ўзору.
3. Цвёрдасць
Цвёрдасць металу - гэта паказчык механічных уласцівасцей для вымярэння цвёрдасці металічных матэрыялаў. Гэта паказвае на здольнасць супрацьстаяць дэфармацыі ў лакальным аб'ёме на паверхні металу.
Класіфікацыя і адлюстраванне цвёрдасці металаў
Цвёрдасць металу мае розныя метады класіфікацыі і прадстаўлення ў адпаведнасці з рознымі метадамі выпрабаванняў. У асноўным уключаюць наступнае:
Цвёрдасць па Брынелю (HB):
Сфера прымянення: звычайна выкарыстоўваецца, калі матэрыял больш мяккі, напрыклад, каляровыя металы, сталь перад тэрмаапрацоўкай або пасля адпалу.
Прынцып выпрабаванні: пры пэўным памеры выпрабавальнай нагрузкі шарык з загартаванай сталі або цвёрдасплаўнага шарыка пэўнага дыяметра ўціскаецца ў паверхню металу, які падлягае выпрабаванню, і нагрузка выгружаецца праз зададзены час, і дыяметр паглыблення на паверхні, якая падлягае тэсціраванню, вымяраецца.
Формула разліку: Значэнне цвёрдасці па Брынелю - гэта частка, атрыманая шляхам дзялення нагрузкі на плошчу сферычнай паверхні паглыблення.
Цвёрдасць па Роквеллу (HR):
Сфера прымянення: звычайна выкарыстоўваецца для матэрыялаў з больш высокай цвёрдасцю, напрыклад, цвёрдасцю пасля тэрмічнай апрацоўкі.
Прынцып выпрабаванняў: аналагічны цвёрдасці па Брынелю, але з выкарыстаннем іншых зондаў (алмаз) і іншых метадаў разліку.
Тыпы: у залежнасці ад прымянення, ёсць HRC (для матэрыялаў высокай цвёрдасці), HRA, HRB і іншыя тыпы.
Цвёрдасць па Віккерсу (HV):
Сфера прымянення: Падыходзіць для аналізу пад мікраскопам.
Прынцып выпрабаванняў: націсніце на паверхню матэрыялу з нагрузкай менш за 120 кг і алмазным квадратным конусам з вуглом пры вяршыні 136° і падзяліце плошчу паверхні паглыблення матэрыялу на значэнне нагрузкі, каб атрымаць значэнне цвёрдасці па Віккерсу.
Цвёрдасць па Леібу (HL):
Характарыстыкі: Партатыўны тэстар цвёрдасці, просты ў вымярэнні.
Прынцып тэсту: выкарыстоўвайце адскок, які ствараецца ўдарнай шаравой галоўкай пасля ўдару аб паверхню цвёрдасці, і вылічыце цвёрдасць па суадносінах хуткасці адскоку пуансона на адлегласці 1 мм ад паверхні ўзору да хуткасці ўдару.
Час публікацыі: 25 верасня 2024 г
