Metāla materiālu mehānisko īpašību kopsavilkums

Stiepes izturības pārbaude galvenokārt tiek izmantota, lai noteiktu metāla materiālu spēju pretoties bojājumiem stiepšanas procesā, un tā ir viens no svarīgākajiem rādītājiem materiālu mehānisko īpašību novērtēšanai.

1. Stiepes pārbaude

Stiepes pārbaude balstās uz materiālu mehānikas pamatprincipiem. Pielietojot stiepes slodzi materiāla paraugam noteiktos apstākļos, tiek izraisīta stiepes deformācija, līdz paraugs saplīst. Pārbaudes laikā tiek reģistrēta eksperimentālā parauga deformācija dažādu slodžu ietekmē un maksimālā slodze, kad paraugs saplīst, lai aprēķinātu materiāla tecēšanas robežu, stiepes izturību un citus veiktspējas rādītājus.

Spriegums σ = F/A

σ ir stiepes izturība (MPa)

F ir stiepes slodze (N)

A ir parauga šķērsgriezuma laukums

2. Stiepes līkne

Stiepšanās procesa vairāku posmu analīze:

a. OP stadijā ar nelielu slodzi pagarinājums ir lineārā attiecībā pret slodzi, un Fp ir ​​maksimālā slodze, lai saglabātu taisnu līniju.

b. Pēc tam, kad slodze pārsniedz Fp, stiepes līkne sāk iegūt nelineāru sakarību. Paraugs nonāk sākotnējā deformācijas stadijā, slodze tiek noņemta, un paraugs var atgriezties sākotnējā stāvoklī un elastīgi deformēties.

c. Pēc tam, kad slodze pārsniedz Fe, slodze tiek noņemta, daļa deformācijas tiek atjaunota un daļa no atlikušās deformācijas tiek saglabāta, ko sauc par plastisko deformāciju. Fe sauc par elastības robežu.

d. Kad slodze vēl vairāk palielinās, stiepes līkne uzrāda zāģzobainu formu. Ja slodze nepalielinās un nesamazinās, eksperimentālā parauga nepārtrauktas pagarināšanās fenomenu sauc par tecēšanu. Pēc tecēšanas paraugs sāk piedzīvot acīmredzamu plastisko deformāciju.

e. Pēc tecēšanas paraugam ir novērojama deformācijas pretestības, deformācijas sacietēšanas un deformācijas stiprināšanās palielināšanās. Kad slodze sasniedz Fb, tā pati parauga daļa strauji saraujas. Fb ir stiprības robeža.

f. Saraušanās fenomens noved pie parauga nestspējas samazināšanās. Kad slodze sasniedz Fk, paraugs salūzt. To sauc par lūzuma slodzi.

Tecēšanas robeža

Tecēšanas robeža ir maksimālā sprieguma vērtība, ko metāla materiāls var izturēt no plastiskās deformācijas sākuma līdz pilnīgam lūzumam, pakļaujot to ārējam spēkam. Šī vērtība iezīmē kritisko punktu, kurā materiāls pāriet no elastīgās deformācijas stadijas uz plastiskās deformācijas stadiju.

Klasifikācija

Augšējā tecēšanas robeža: attiecas uz parauga maksimālo spriegumu pirms spēka pirmās samazināšanās, kad notiek tecēšana.

Zemākā tecēšanas robeža: attiecas uz minimālo spriegumu tecēšanas stadijā, kad sākotnējais pārejas efekts tiek ignorēts. Tā kā zemākās tecēšanas robežas vērtība ir relatīvi stabila, to parasti izmanto kā materiāla pretestības indikatoru, ko sauc par tecēšanas robežu vai tecēšanas robežu.

Aprēķina formula

Augšējai tecēšanas robežai: R = F / Sₒ, kur F ir maksimālais spēks pirms spēka pirmās samazināšanās tecēšanas stadijā, un Sₒ ir parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums.

Zemākai tecēšanas robežai: R = F / Sₒ, kur F ir minimālais spēks F, ignorējot sākotnējo pārejas efektu, un Sₒ ir parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums.

Vienība

Tecēšanas robežas mērvienība parasti ir MPa (megapaskāls) vai N/mm² (ņūtoni uz kvadrātmilimetru).

Piemērs

Piemēram, zema oglekļa satura tērauds, kura tecēšanas robeža parasti ir 207 MPa. Pakļaujot to ārējam spēkam, kas pārsniedz šo robežu, zema oglekļa satura tērauds radīs paliekošu deformāciju un to nevarēs atjaunot; pakļaujot to ārējam spēkam, kas ir mazāks par šo robežu, zema oglekļa satura tērauds var atgriezties sākotnējā stāvoklī.

Tecēšanas robeža ir viens no svarīgākajiem rādītājiem metāla materiālu mehānisko īpašību novērtēšanai. Tā atspoguļo materiālu spēju pretoties plastiskajai deformācijai, pakļaujot tos ārējiem spēkiem.

Stiepes izturība

Stiepes izturība ir materiāla spēja pretoties bojājumiem stiepes slodzes ietekmē, kas tiek īpaši izteikta kā maksimālā sprieguma vērtība, ko materiāls var izturēt stiepes procesā. Kad stiepes spriegums uz materiālu pārsniedz tā stiepes izturību, materiāls piedzīvos plastisku deformāciju vai lūzumu.

Aprēķina formula

Stiepes izturības (σt) aprēķina formula ir šāda:

σt = F / A

Kur F ir maksimālais stiepes spēks (ņūtonos, N), ko paraugs var izturēt pirms pārrāvuma, un A ir parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums (kvadrātmilimetros, mm²).

Vienība

Stiepes izturības mērvienība parasti ir MPa (megapaskāls) vai N/mm² (ņūtoni uz kvadrātmilimetru). 1 MPa ir vienāds ar 1 000 000 ņūtoniem uz kvadrātmetru, kas arī ir vienāds ar 1 N/mm².

Ietekmējošie faktori

Stiepes izturību ietekmē daudzi faktori, tostarp ķīmiskais sastāvs, mikrostruktūra, termiskās apstrādes process, apstrādes metode utt. Dažādiem materiāliem ir atšķirīga stiepes izturība, tāpēc praktiskos pielietojumos ir jāizvēlas piemēroti materiāli, pamatojoties uz materiālu mehāniskajām īpašībām.

Praktisks pielietojums

Stiepes izturība ir ļoti svarīgs parametrs materiālzinātnes un inženierzinātņu jomā, un to bieži izmanto, lai novērtētu materiālu mehāniskās īpašības. Konstrukcijas projektēšanā, materiālu izvēlē, drošības novērtēšanā utt., stiepes izturība ir faktors, kas jāņem vērā. Piemēram, būvniecības inženierijā tērauda stiepes izturība ir svarīgs faktors, lai noteiktu, vai tas var izturēt slodzes; kosmosa jomā vieglu un augstas stiprības materiālu stiepes izturība ir galvenais faktors, lai nodrošinātu gaisa kuģu drošību.

Noguruma izturība:

Metāla nogurums attiecas uz procesu, kurā materiāli un komponenti cikliskas slodzes vai cikliskas deformācijas ietekmē pakāpeniski rada lokālus, paliekošus kumulatīvus bojājumus vienā vai vairākās vietās, un pēc noteikta ciklu skaita rodas plaisas vai pēkšņi pilnīgi lūzumi.

Funkcijas

Pēkšņums laikā: Metāla noguruma bojājumi bieži notiek pēkšņi īsā laika periodā bez acīmredzamām pazīmēm.

Lokalizācija pozīcijā: Noguruma bojājumi parasti rodas lokālās zonās, kur koncentrējas spriegums.

Jutība pret vidi un defektiem: Metāla nogurums ir ļoti jutīgs pret vidi un sīkiem defektiem materiāla iekšpusē, kas var paātrināt noguruma procesu.

Ietekmējošie faktori

Sprieguma amplitūda: Sprieguma lielums tieši ietekmē metāla noguruma ilgmūžību.

Vidējais sprieguma lielums: jo lielāks vidējais spriegums, jo īsāks ir metāla noguruma ilgums.

Ciklu skaits: jo vairāk reižu metāls ir pakļauts cikliskai slodzei vai deformācijai, jo nopietnāka ir noguruma bojājumu uzkrāšanās.

Preventīvie pasākumi

Optimizēt materiālu izvēli: Izvēlieties materiālus ar augstākiem noguruma ierobežojumiem.

Sprieguma koncentrācijas samazināšana: samaziniet sprieguma koncentrāciju, izmantojot konstrukcijas projektēšanas vai apstrādes metodes, piemēram, izmantojot noapaļotus stūru pārejas, palielinot šķērsgriezuma izmērus utt.

Virsmas apstrāde: pulēšana, izsmidzināšana utt. uz metāla virsmas, lai samazinātu virsmas defektus un uzlabotu noguruma izturību.

Pārbaude un apkope: Regulāri pārbaudiet metāla detaļas, lai savlaicīgi atklātu un novērstu defektus, piemēram, plaisas; veiciet nogurumam pakļauto detaļu apkopi, piemēram, nomainot nolietotās detaļas un pastiprinot vājās saites.

Metāla nogurums ir izplatīts metāla bojājumu veids, kam raksturīgs pēkšņums, lokalitāte un jutība pret vidi. Sprieguma amplitūda, vidējais sprieguma lielums un ciklu skaits ir galvenie faktori, kas ietekmē metāla nogurumu.

SN līkne: apraksta materiālu noguruma ilgmūžību dažādos sprieguma līmeņos, kur S apzīmē spriegumu un N apzīmē sprieguma ciklu skaitu.

Noguruma izturības koeficienta formula:

(Kf = Ka ∫ Kb ∫ Kc ∫ Kd ∫ Ke)

Kur (Ka) ir slodzes koeficients, (Kb) ir izmēra koeficients, (Kc) ir temperatūras koeficients, (Kd) ir virsmas kvalitātes koeficients un (Ke) ir uzticamības koeficients.

SN līknes matemātiskā izteiksme:

(\sigma^m N = C)

Kur (\sigma) ir spriegums, N ir sprieguma ciklu skaits, un m un C ir materiāla konstantes.

Aprēķina soļi

Nosakiet materiāla konstantes:

Nosakiet m un C vērtības, veicot eksperimentus vai atsaucoties uz attiecīgo literatūru.

Nosakiet sprieguma koncentrācijas koeficientu: ņemiet vērā detaļas faktisko formu un izmēru, kā arī sprieguma koncentrāciju, ko rada filejas, atslēgas rievas utt., lai noteiktu sprieguma koncentrācijas koeficientu K. Aprēķiniet noguruma izturību: Saskaņā ar SN līkni un sprieguma koncentrācijas koeficientu apvienojumā ar detaļas projektēto kalpošanas laiku un darba sprieguma līmeni aprēķiniet noguruma izturību.

2. Plastiskums:

Plastiskums attiecas uz materiāla īpašību, ka, pakļaujot to ārējam spēkam, tas rada paliekošu deformāciju, nelūstot, ja ārējais spēks pārsniedz tā elastības robežu. Šī deformācija ir neatgriezeniska, un materiāls neatgūs sākotnējo formu pat tad, ja ārējais spēks tiek noņemts.

Plastiskuma indekss un tā aprēķināšanas formula

Pagarinājums (δ)

Definīcija: Pagarinājums ir mērparauga šķērsgriezuma kopējās deformācijas procentuālā daļa pēc tam, kad paraugs ir stiepes lūzuma ceļā sasniegts sākotnējais mērparauga garums.

Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

Kur L0 ir parauga sākotnējais mērīšanas garums;

L1 ir parauga garums pēc tā saplīšanas.

Segmentālā reducēšana (Ψ)

Definīcija: Segmentālais samazinājums ir maksimālā šķērsgriezuma laukuma samazinājuma procentuālā daļa kakluma punktā pēc tam, kad paraugs ir salauzts līdz sākotnējam šķērsgriezuma laukumam.

Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

Kur F0 ir parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums;

F1 ir šķērsgriezuma laukums kakliņa punktā pēc parauga saplīšanas.

3. Cietība

Metāla cietība ir mehāniskas īpašības rādītājs, kas mēra metāla materiālu cietību. Tas norāda spēju pretoties deformācijai lokālā tilpumā uz metāla virsmas.

Metāla cietības klasifikācija un attēlojums

Metāla cietībai ir dažādas klasifikācijas un attēlošanas metodes saskaņā ar dažādām testēšanas metodēm. Galvenokārt tās ietver sekojošo:

Brinela cietība (HB):

Pielietojuma joma: Parasti izmanto, ja materiāls ir mīkstāks, piemēram, krāsainie metāli, tērauds pirms termiskās apstrādes vai pēc atkvēlināšanas.

Testa princips: Ar noteiktu testa slodzes izmēru testējamā metāla virsmā tiek iespiesta noteikta diametra rūdīta tērauda lodīte vai karbīda lodīte, pēc noteikta laika slodze tiek noņemta un tiek mērīts testējamās virsmas iespieduma diametrs.

Aprēķina formula: Brinela cietības vērtība ir dalījums, ko iegūst, dalot slodzi ar iespieduma sfēriskās virsmas laukumu.

Rokvela cietība (HR):

Pielietojuma joma: Parasti izmanto materiāliem ar augstāku cietību, piemēram, cietībai pēc termiskās apstrādes.

Testa princips: Līdzīgi kā Brinela cietības noteikšanai, bet izmantojot dažādas zondes (dimantu) un dažādas aprēķina metodes.

Veidi: Atkarībā no pielietojuma ir HRC (augstas cietības materiāliem), HRA, HRB un citi veidi.

Vikersa cietība (HV):

Pielietojuma joma: Piemērots mikroskopa analīzei.

Testa princips: piespiediet materiāla virsmu ar slodzi, kas mazāka par 120 kg, un dimanta kvadrātveida konusa iespiešanas instrumentu ar virsotnes leņķi 136°, un daliet materiāla iespiešanas bedres virsmas laukumu ar slodzes vērtību, lai iegūtu Vikersa cietības vērtību.

Lēba cietība (HL):

Funkcijas: Pārnēsājams cietības testeris, viegli izmērāms.

Testa princips: Izmantojiet trieciena lodgalvas radīto atsitienu pēc trieciena uz cietības virsmas un aprēķiniet cietību pēc perforatora atsitiena ātruma attiecības 1 mm attālumā no parauga virsmas pret trieciena ātrumu.