Выпрабаванне на расцяжэнне ў асноўным выкарыстоўваецца для вызначэння здольнасці металічных матэрыялаў супраціўляцца пашкоджанням падчас працэсу 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. Прыкладанне расцяжальнай нагрузкі да ўзору матэрыялу пры пэўных умовах выклікае дэфармацыю расцяжэння да разрыву ўзору. Падчас выпрабавання фіксуецца дэфармацыя эксперыментальнага ўзору пры розных нагрузках і максімальная нагрузка, пры якой узор разрываецца, каб разлічыць мяжу цякучасці, трываласць на расцяжэнне і іншыя паказчыкі эксплуатацыйных характарыстык матэрыялу.
Напружанне σ = F/A
σ — трываласць на расцяжэнне (МПа)
F — расцягвальная нагрузка (Н)
А — плошча папярочнага сячэння ўзору
2. Крывая расцяжэння
Аналіз некалькіх этапаў працэсу расцяжэння:
а. На стадыі OP з невялікай нагрузкай падаўжэнне знаходзіцца ў лінейнай залежнасці ад нагрузкі, а Fp - гэта максімальная нагрузка для падтрымання прамой лініі.
b. Пасля таго, як нагрузка перавышае Fp, крывая расцяжэння пачынае прымаць нелінейную залежнасць. Узор пераходзіць у пачатковую стадыю дэфармацыі, пасля чаго нагрузка здымаецца, і ўзор можа вярнуцца ў зыходны стан і пругка дэфармавацца.
c. Пасля таго, як нагрузка перавышае Fe, нагрузка здымаецца, частка дэфармацыі аднаўляецца, а частка рэшткавай дэфармацыі захоўваецца, што называецца пластычнай дэфармацыяй. Fe называецца мяжой пругкасці.
г. Пры далейшым павелічэнні нагрузкі крывая расцяжэння мае пілападобную форму. Калі нагрузка не павялічваецца і не памяншаецца, з'ява бесперапыннага падаўжэння эксперыментальнага ўзору называецца плыўнасцю. Пасля плыўнасці ўзор пачынае падвяргацца відавочнай пластычнай дэфармацыі.
е. Пасля цякучасці ўзор дэманструе павелічэнне супраціву дэфармацыі, умацавання і дэфармацыйнага ўмацавання. Калі нагрузка дасягае Fb, тая ж частка ўзору рэзка сціскаецца. Fb — мяжа трываласці.
f. З'ява ўсаджвання прыводзіць да зніжэння апорнай здольнасці ўзору. Калі нагрузка дасягае Fk, узор ламаецца. Гэта называецца нагрузкай на разбурэнне.
Мяжа цякучасці
Мяжа цякучасці — гэта максімальнае значэнне напружання, якое металічны матэрыял можа вытрымаць ад пачатку пластычнай дэфармацыі да поўнага разбурэння пад уздзеяннем знешняй сілы. Гэта значэнне адзначае крытычны момант, калі матэрыял пераходзіць ад стадыі пругкай дэфармацыі да стадыі пластычнай дэфармацыі.
Класіфікацыя
Верхняя мяжа цякучасці: адносіцца да максімальнага напружання ўзору перад першым зніжэннем сілы пры парушэнні цякучасці.
Ніжняя мяжа цякучасці: адносіцца да мінімальнага напружання на стадыі цякучасці, калі не ўлічваецца пачатковы пераходны эфект. Паколькі значэнне ніжняй мяжы цякучасці адносна стабільнае, яно звычайна выкарыстоўваецца ў якасці паказчыка супраціўлення матэрыялу, які называецца мяжой цякучасці або мяжой цякучасці.
Формула разліку
Для верхняй мяжы цякучасці: R = F / Sₒ, дзе F — максімальная сіла перад першым зніжэннем 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 пачатковага пераходнага эфекту, а Sₒ — зыходная плошча папярочнага сячэння ўзору.
Адзінка
Адзінкай вымярэння мяжы цякучасці звычайна з'яўляецца МПа (мегапаскаль) або Н/мм² (ньютан на квадратны міліметр).
Прыклад
Возьмем, напрыклад, нізкавугляродзістую сталь, яе мяжа цякучасці звычайна складае 207 МПа. Пры ўздзеянні знешняй сілы, большай за гэту мяжу, нізкавугляродзістая сталь прывядзе да рэшткавай дэфармацыі і не можа быць адноўлена; пры ўздзеянні знешняй сілы, меншай за гэту мяжу, нізкавугляродзістая сталь можа вярнуцца ў свой першапачатковы стан.
Мяжа цякучасці з'яўляецца адным з важных паказчыкаў для ацэнкі механічных уласцівасцей металічных матэрыялаў. Яна адлюстроўвае здольнасць матэрыялаў супраціўляцца пластычнай дэфармацыі пад уздзеяннем знешніх сіл.
Трываласць на расцяжэнне
Трываласць на расцяжэнне — гэта здольнасць матэрыялу супраціўляцца пашкоджанням пад уздзеяннем расцяжальнай нагрузкі, якая канкрэтна выражаецца як максімальнае значэнне напружання, якое матэрыял можа вытрымаць падчас працэсу расцяжэння. Калі расцяжальная нагрузка на матэрыял перавышае яго трываласць на расцяжэнне, матэрыял падвяргаецца пластычнай дэфармацыі або разбурэнню.
Формула разліку
Формула разліку трываласці на расцяжэнне (σt) выглядае наступным чынам:
σt = F / A
Дзе F — максімальная сіла расцяжэння (Ньютан, Н), якую ўзор можа вытрымаць да разбурэння, а A — першапачатковая плошча папярочнага сячэння ўзору (квадратны міліметр, мм²).
Адзінка
Адзінкай вымярэння трываласці на расцяжэнне 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 расцяжэнне ўплывае мноства фактараў, у тым ліку хімічны склад, мікраструктура, працэс тэрмічнай апрацоўкі, спосаб апрацоўкі і г.д. Розныя матэрыялы маюць розную трываласць на расцяжэнне, таму ў практычным ужыванні неабходна выбіраць прыдатныя матэрыялы на аснове іх механічных уласцівасцей.
Практычнае прымяненне
Трываласць на расцяжэнне — вельмі важны параметр у галіне матэрыялазнаўства і інжынерыі, які часта выкарыстоўваецца для ацэнкі механічных уласцівасцей матэрыялаў. З пункту гледжання канструкцыйнага праектавання, выбару матэрыялаў, ацэнкі бяспекі і г.д., трываласць на расцяжэнне — гэта фактар, які неабходна ўлічваць. Напрыклад, у будаўнічай тэхніцы трываласць сталі на расцяжэнне з'яўляецца важным фактарам, які вызначае, ці можа яна вытрымліваць нагрузкі; у аэракасмічнай галіне трываласць на расцяжэнне лёгкіх і высокатрывалых матэрыялаў з'яўляецца ключом да забеспячэння бяспекі паветраных суднаў.
Трываласць на стомленасць:
Стомленасць металу — гэта працэс, пры якім матэрыялы і кампаненты паступова выклікаюць лакальныя пастаянныя кумулятыўныя пашкоджанні ў адным або некалькіх месцах пад уздзеяннем цыклічных нагрузак або цыклічнай дэфармацыі, і пасля пэўнай колькасці цыклаў узнікаюць расколіны або раптоўныя поўныя разломы.
Асаблівасці
Раптоўнасць у часе: разбурэнне металу ад стомленасці часта адбываецца раптоўна за кароткі прамежак часу без відавочных прыкмет.
Лакальнасць у становішчы: разбурэнне ад стомленасці звычайна адбываецца ў лакальных зонах, дзе сканцэнтравана напружанне.
Адчувальнасць да навакольнага асяроддзя і дэфектаў: стомленасць металу вельмі адчувальная да навакольнага асяроддзя і дробных дэфектаў унутры матэрыялу, што можа паскорыць працэс стомленасці.
Фактары ўплыву
Амплітуда напружання: велічыня напружання непасрэдна ўплывае на тэрмін службы металу пры стомленасці.
Сярэдняя велічыня напружання: чым большае сярэдняе напружанне, тым карацейшая даўгавечнасць металу пры стомленасці.
Колькасць цыклаў: чым больш разоў метал знаходзіцца пад цыклічным напружаннем або дэфармацыяй, тым больш сур'ёзна назапашваецца пашкоджанне ад стомленасці.
Прафілактычныя меры
Аптымізацыя выбару матэрыялаў: выбірайце матэрыялы з больш высокімі межамі стомленасці.
Зніжэнне канцэнтрацыі напружанняў: Зніжэнне канцэнтрацыі напружанняў з дапамогай канструкцыйнага праектавання або метадаў апрацоўкі, такіх як выкарыстанне закругленых кутніх пераходаў, павелічэнне памераў папярочнага сячэння і г.д.
Апрацоўка паверхні: паліроўка, напыленне і г.д. на паверхні металу для памяншэння дэфектаў паверхні і павышэння трываласці на стомленасць.
Праверка і тэхнічнае абслугоўванне: рэгулярна правярайце металічныя кампаненты, каб своечасова выявіць і выправіць дэфекты, такія як расколіны; абслугоўвайце дэталі, схільныя да стомленасці, напрыклад, замяняйце зношаныя дэталі і ўмацоўвайце слабыя звёны.
Знясіленне металу — гэта распаўсюджаны тып 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 знясіленне металу.
Крывая SN: апісвае тэрмін службы матэрыялаў пры розных узроўнях напружання, дзе S абазначае напружанне, а N — колькасць цыклаў напружання.
Формула каэфіцыента трываласці на стомленасць:
(Kf = Ka ∫ Kb ∫ Kc ∫ Kd ∫ Ke)
Дзе (Ka) — каэфіцыент нагрузкі, (Kb) — каэфіцыент памеру, (Kc) — тэмпературны каэфіцыент, (Kd) — каэфіцыент якасці паверхні, а (Ke) — каэфіцыент надзейнасці.
Матэматычны выраз SN-крывой:
(\sigma^m N = C)
Дзе (\sigma) — напружанне, N — колькасць цыклаў напружання, а m і C — матэрыяльныя канстанты.
Этапы разліку
Вызначце матэрыяльныя канстанты:
Вызначце значэнні m і C з дапамогай эксперыментаў або звярнуўшыся да адпаведнай літаратуры.
Вызначэнне каэфіцыента канцэнтрацыі напружанняў: для вызначэння каэфіцыента канцэнтрацыі напружанняў K улічвайце фактычную форму і памер дэталі, а таксама канцэнтрацыю напружанняў, выкліканую галтэлямі, шпонкавымі пазамі і г.д. Разлік трываласці на стомленасць: у адпаведнасці з крывой SN і каэфіцыентам канцэнтрацыі напружанняў у спалучэнні з разліковым тэрмінам службы і ўзроўнем рабочых напружанняў дэталі, разлічыце трываласць на стомленасць.
2. Пластычнасць:
Пластычнасць — гэта ўласцівасць матэрыялу, які пад уздзеяннем знешняй сілы выклікае рэшткавую 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 знята.
Індэкс пластычнасці і формула яго разліку
Падаўжэнне (δ)
Вызначэнне: Падаўжэнне — гэта працэнт ад агульнай дэфармацыі калібравальнага сячэння пасля таго, як узор разбураецца пры расцяжэнні да першапачатковай калібравальнай даўжыні.
Формула: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Дзе L0 — зыходная калібравальная даўжыня ўзору;
L1 — калібравальная даўжыня пасля разрыву ўзору.
Сегментнае скарачэнне (Ψ)
Вызначэнне: Сегментнае памяншэнне — гэта працэнт максімальнага памяншэння плошчы папярочнага сячэння ў кропцы звужэння пасля таго, як узор разламаны да першапачатковай плошчы папярочнага сячэння.
Формула: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Дзе F0 — першапачатковая плошча папярочнага сячэння ўзору;
F1 — плошча папярочнага сячэння ў кропцы звужэння пасля разрыву ўзору.
3. Цвёрдасць
Цвёрдасць металу — гэта паказчык механічных уласцівасцей, які вымярае цвёрдасць металічных матэрыялаў. Яна паказвае здольнасць супраціўляцца дэфармацыі ў лакальным аб'ёме на паверхні металу.
Класіфікацыя і прадстаўленне цвёрдасці металу
Цвёрдасць металу мае розныя класіфікацыі і метады прадстаўлення ў адпаведнасці з рознымі метадамі выпрабаванняў. У асноўным гэта наступнае:
Цвёрдасць па Брынелю (HB):
Сфера прымянення: звычайна выкарыстоўваецца, калі матэрыял мякчэйшы, напрыклад, каляровыя металы, сталь перад тэрмічнай апрацоўкай або пасля адпалу.
Прынцып выпрабавання: пры пэўнай велічыні выпрабавальнай нагрузкі загартаваны сталёвы шарык або шарык з цвёрдага сплаву пэўнага дыяметра ўціскаецца ў паверхню выпрабоўванага металу, праз пэўны час нагрузка здымаецца і вымяраецца дыяметр паглыблення на выпрабоўванай паверхні.
Формула разліку: Значэнне цвёрдасці па Брынелю — гэта дзель, атрыманая шляхам дзялення нагрузкі на плошчу сферычнай паверхні ўвагнутасці.
Цвёрдасць па Роквелу (HR):
Сфера прымянення: Звычайна выкарыстоўваецца для матэрыялаў з падвышанай цвёрдасцю, такіх як цвёрдасць пасля тэрмічнай апрацоўкі.
Прынцып выпрабавання: падобны да цвёрдасці па Брынелю, але з выкарыстаннем іншых зондаў (алмазных) і іншых метадаў разліку.
Тыпы: У залежнасці ад прымянення, існуюць HRC (для матэрыялаў высокай цвёрдасці), HRA, HRB і іншыя тыпы.
Цвёрдасць па Вікерсу (HV):
Сфера прымянення: падыходзіць для мікраскопічнага аналізу.
Прынцып выпрабавання: Прыцісніце паверхню матэрыялу грузам менш за 120 кг алмазным квадратным конусам з вуглом вяршыні 136°, а затым падзяліце плошчу паверхні ўвагнутасці матэрыялу на значэнне нагрузкі, каб атрымаць значэнне цвёрдасці па Вікерсу.
Цвёрдасць па Леебу (HL):
Асаблівасці: Партатыўны цвёрдамер, лёгка вымяраць.
Прынцып выпрабавання: выкарыстоўвайце адскок, які генеруецца шарыкавай галоўкай ударніка пасля ўдару аб цвёрдую паверхню, і разлічыце цвёрдасць па суадносінах хуткасці адскоку пуансона на адлегласці 1 мм ад паверхні ўзору да хуткасці ўдару.
Час публікацыі: 25 верасня 2024 г.
