Stiprības stiepes testu galvenokārt izmanto, lai noteiktu metālu materiālu spēju pretoties bojājumiem stiepes procesā, un tas ir viens no svarīgiem rādītājiem materiālu mehānisko īpašību novērtēšanai.
1. Stiepes pārbaude
Stiepes pārbaude balstās uz materiālu mehānikas pamatprincipiem. Noteiktos apstākļos pieliekot materiāla paraugam stiepes slodzi, tā izraisa stiepes deformāciju, līdz paraugs saplīst. Pārbaudes laikā tiek reģistrēta eksperimentālā parauga deformācija pie dažādām slodzēm un maksimālā slodze, kad paraugs plīst, 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
Vairāku stiepšanās procesa posmu analīze:
a. OP posmā ar nelielu slodzi pagarinājums ir lineārā saistībā ar slodzi, un Fp ir maksimālā slodze, lai uzturētu taisnu līniju.
b. Pēc tam, kad slodze pārsniedz Fp, stiepes līkne sāk iegūt nelineāru attiecību. Paraugs nonāk sākotnējā deformācijas stadijā, un 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 parāda zāģa zobu. Kad slodze nepalielinās vai nesamazinās, eksperimentālā parauga nepārtrauktas pagarināšanas fenomenu sauc par piekāpšanos. Pēc piekāpšanās paraugs sāk iziet acīmredzamu plastisko deformāciju.
e. Pēc piekāpšanās paraugam ir novērojama deformācijas pretestības palielināšanās, darba sacietēšana un deformācijas nostiprināšanās. Kad slodze sasniedz Fb, tā pati parauga daļa strauji saraujas. Fb ir spēka ierobežojums.
f. Saraušanās parādība noved pie parauga nestspējas samazināšanās. Kad slodze sasniedz Fk, paraugs saplīst. To sauc par lūzuma slodzi.
Ražas spēks
Izturība 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 spēks pirmo reizi samazinās, kad notiek pielaide.
Zemāka tecēšanas robeža: attiecas uz minimālo spriegumu tecēšanas stadijā, kad sākotnējā pārejošā ietekme tiek ignorēta. Tā kā zemākā tecēšanas punkta 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 spēks pirmo reizi samazinās tecēšanas posmā, un Sₒ ir parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums.
Zemākai tecēšanas robežai: R = F / Sₒ, kur F ir minimālais spēks F, ignorējot sākotnējo pārejošo efektu, un Sₒ ir parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums.
Vienība
Teces robežas mērvienība parasti ir MPa (megapaskāls) vai N/mm² (ņūtons uz kvadrātmilimetru).
Piemērs
Piemēram, tērauds ar zemu oglekļa saturu, tā izplūdes robeža parasti ir 207 MPa. Pakļaujot ārējam spēkam, kas ir lielāks par šo robežu, tērauds ar zemu oglekļa saturu radīs paliekošu deformāciju un to nevar atjaunot; pakļaujot ārējam spēkam, kas ir mazāks par šo robežu, tērauds ar zemu oglekļa saturu var atgriezties sākotnējā stāvoklī.
Tecības izturība ir viens no svarīgiem rādītājiem metālu materiālu mehānisko īpašību novērtēšanai. Tas atspoguļo materiālu spēju pretoties plastiskai deformācijai, ja tie tiek pakļauti ārējiem spēkiem.
Stiepes izturība
Stiepes izturība ir materiāla spēja pretoties bojājumiem stiepes slodzes ietekmē, kas ir īpaši izteikta kā maksimālā sprieguma vērtība, ko materiāls var izturēt stiepes procesa laikā. Ja materiāla stiepes spriegums pārsniedz tā stiepes izturību, materiāls tiks pakļauts plastiskai deformācijai vai lūzumam.
Aprēķina formula
Stiepes izturības (σt) aprēķina formula ir šāda:
σt = F/A
Kur F ir maksimālais stiepes spēks (ņūtons, N), ko paraugs var izturēt pirms salūšanas, un A ir parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums (kvadrātmilimetrs, mm²).
Vienība
Stiepes stiprības mērvienība parasti ir MPa (megapaskāls) vai N/mm² (ņūtons 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 uc materiāliem.
Praktisks pielietojums
Stiepes izturība ir ļoti svarīgs parametrs materiālu zinātnes un inženierzinātņu jomā, un to bieži izmanto, lai novērtētu materiālu mehāniskās īpašības. Attiecībā uz konstrukcijas dizainu, materiālu izvēli, drošības novērtējumu utt., stiepes izturība ir faktors, kas jāņem vērā. Piemēram, būvinženierzinātnēs tērauda stiepes izturība ir svarīgs faktors, kas nosaka, vai tas var izturēt slodzi; aviācijas un kosmosa jomā vieglo un augstas stiprības materiālu stiepes izturība ir galvenais, lai nodrošinātu gaisa kuģu drošību.
Noguruma spēks:
Metāla nogurums attiecas uz procesu, kurā materiāli un sastāvdaļas pakāpeniski rada lokālus neatgriezeniskus kumulatīvus bojājumus vienā vai vairākās vietās cikliskā spriedzes vai cikliskās deformācijas ietekmē, un pēc noteikta ciklu skaita rodas plaisas vai pēkšņi pilni lūzumi.
Funkcijas
Pēkšņa laikā: Metāla noguruma kļūme bieži notiek pēkšņi īsā laika periodā bez acīmredzamām pazīmēm.
Vieta pozīcijā: noguruma mazspēja parasti rodas vietējās vietās, kur ir koncentrēts stress.
Jutība pret vidi un defektiem: Metāla nogurums ir ļoti jutīgs pret vidi un sīkiem materiāla iekšpuses defektiem, kas var paātrināt noguruma procesu.
Ietekmējošie faktori
Sprieguma amplitūda: Sprieguma lielums tieši ietekmē metāla noguruma kalpošanas laiku.
Vidējais sprieguma lielums: jo lielāks ir vidējais spriegums, jo īsāks ir metāla noguruma kalpošanas laiks.
Ciklu skaits: jo vairāk reižu metāls ir pakļauts cikliskajam spriegumam vai deformācijai, jo nopietnāki noguruma bojājumi.
Preventīvie pasākumi
Optimizējiet materiālu izvēli: izvēlieties materiālus ar augstākiem noguruma ierobežojumiem.
Sprieguma koncentrācijas samazināšana: samaziniet sprieguma koncentrāciju, izmantojot konstrukcijas projektēšanas vai apstrādes metodes, piemēram, izmantojot noapaļotas stūra 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 nekavējoties atklātu un labotu defektus, piemēram, plaisas; apkopt daļas, kurām ir nosliece uz nogurumu, piemēram, nomainot nolietotās detaļas un nostiprinot vājās saites.
Metāla nogurums ir izplatīts metāla bojājuma režīms, kam raksturīgs pēkšņums, lokalitāte un jutīgums pret vidi. Sprieguma amplitūda, vidējais sprieguma lielums un ciklu skaits ir galvenie faktori, kas ietekmē metāla nogurumu.
SN līkne: apraksta materiālu noguruma kalpošanas laiku dažādos sprieguma līmeņos, kur S apzīmē spriegumu un N apzīmē sprieguma ciklu skaitu.
Noguruma stiprības koeficienta formula:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Kur (Ka) ir slodzes koeficients, (Kb) ir izmēra koeficients, (Kc) ir temperatūras koeficients, (Kd) ir virsmas kvalitātes faktors 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.
Aprēķinu soļi
Nosakiet materiāla konstantes:
Nosakiet m un C vērtības, izmantojot 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 u.c., lai noteiktu sprieguma koncentrācijas koeficientu K. Aprēķiniet noguruma spēku: pēc SN līknes un sprieguma koncentrācijas koeficients, apvienojumā ar detaļas projektēto kalpošanas laiku un darba sprieguma līmeni, aprēķina noguruma izturību.
2. Plastiskums:
Plastiskums attiecas uz materiāla īpašību, kas, pakļaujot ārējam spēkam, rada paliekošu deformāciju, nelūstot, kad ārējais spēks pārsniedz elastības robežu. Šī deformācija ir neatgriezeniska, un materiāls neatgriezīsies sākotnējā formā pat tad, ja tiek noņemts ārējais spēks.
Plastiskuma indekss un tā aprēķina formula
Pagarinājums (δ)
Definīcija: pagarinājums ir gabarīta sekcijas kopējās deformācijas procentuālā daļa pēc parauga stiepes lūzuma līdz sākotnējam gabarīta garumam.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
kur L0 ir parauga sākotnējais gabarīta garums;
L1 ir mērītāja garums pēc parauga salauzšanas.
Segmentu samazināšana (Ψ)
Definīcija. Segmentālais samazinājums ir šķērsgriezuma laukuma maksimālā samazinājuma procentuālā daļa kakla 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 kakla punktā pēc parauga salauzšanas.
3. Cietība
Metāla cietība ir mehānisko īpašību indekss metāla materiālu cietības mērīšanai. Tas norāda uz spēju pretoties deformācijai lokālā tilpumā uz metāla virsmas.
Metāla cietības klasifikācija un attēlojums
Metāla cietībai ir dažādas klasifikācijas un attēlošanas metodes saskaņā ar dažādām pārbaudes metodēm. Galvenokārt ietver:
Brinela cietība (HB):
Pielietojuma joma: parasti izmanto, ja materiāls ir mīkstāks, piemēram, krāsainie metāli, tērauds pirms termiskās apstrādes vai pēc atkausēšanas.
Testa princips: ar noteiktu testa slodzes izmēru rūdīta tērauda lodīte vai karbīda lodīte ar noteiktu diametru tiek iespiesta pārbaudāmā metāla virsmā, un slodze tiek izlādēta pēc noteikta laika un ievilkuma diametra. tiek mērīts uz pārbaudāmās virsmas.
Aprēķina formula: Brinela cietības vērtība ir koeficients, ko iegūst, dalot slodzi ar ievilkuma sfēriskās virsmas laukumu.
Rokvela cietība (HR):
Pielietojuma joma: parasti izmanto materiāliem ar augstāku cietību, piemēram, cietību pēc termiskās apstrādes.
Testa princips: līdzīgs Brinela cietībai, bet izmantojot dažādas zondes (dimants) un dažādas aprēķina metodes.
Veidi: Atkarībā no pielietojuma ir HRC (augstas cietības materiāliem), HRA, HRB un citi veidi.
Vickers cietība (HV):
Pielietojuma joma: Piemērota mikroskopa analīzei.
Testa princips: piespiediet materiāla virsmu ar slodzi, kas ir mazāka par 120 kg, un iespiediet rombveida kvadrātveida konusu ar virsotnes leņķi 136°, un sadaliet materiāla iedobes virsmas laukumu ar slodzes vērtību, lai iegūtu Vickers cietības vērtību.
Lība cietība (HL):
Funkcijas: Pārnēsājams cietības testeris, viegli izmērāms.
Testa princips: izmantojiet trieciena lodītes galvas radīto atsitienu pēc trieciena pret cietības virsmu un aprēķiniet cietību, izmantojot perforatora atsitiena ātruma attiecību 1 mm attālumā no parauga virsmas un trieciena ātrumu.
Publicēšanas laiks: 25. septembris 2024
