Випробування на міцність на розтяг в основному використовується для визначення здатності металевих матеріалів протистояти пошкодженням під час процесу розтягування та є одним із важливих показників для оцінки механічних властивостей матеріалів.
1. Випробування на розтяг
Випробування на розтяг базується на основних принципах механіки матеріалу. Застосовуючи розтягуюче навантаження до зразка матеріалу за певних умов, це викликає деформацію розтягування, доки зразок не розірветься. Під час випробувань реєструють деформацію дослідного зразка при різних навантаженнях і максимальне навантаження при розриві зразка, щоб розрахувати межу текучості, міцність на розрив та інші експлуатаційні показники матеріалу.
Напруга σ = F/A
σ – міцність на розрив (МПа)
F - навантаження на розтяг (Н)
А — площа поперечного перерізу зразка
2. Крива розтягування
Аналіз кількох етапів процесу розтягування:
a. На стадії OP з невеликим навантаженням подовження знаходиться в лінійній залежності від навантаження, а Fp є максимальним навантаженням для підтримки прямої лінії.
b. Після того, як навантаження перевищує Fp, крива розтягування починає приймати нелінійну залежність. Зразок переходить у початкову стадію деформації, і навантаження знімається, і зразок може повернутися у вихідний стан і пружно деформуватися.
в. Після того, як навантаження перевищує Fe, навантаження знімається, частина деформації відновлюється, а частина залишкової деформації зберігається, що називається пластичною деформацією. Fe називають межею пружності.
d. При подальшому збільшенні навантаження крива розтягування показує пилку. Коли навантаження не збільшується або зменшується, явище безперервного подовження дослідного зразка називають текучим. Після плинності зразок починає піддаватися явній пластичній деформації.
д. Після текучості зразок демонструє підвищення опору деформації, деформаційного зміцнення та деформаційного зміцнення. Коли навантаження досягає Fb, ця ж частина зразка різко стискається. Fb — межа міцності.
f. Явище усадки призводить до зниження несучої здатності зразка. Коли навантаження досягає Fk, зразок розривається. Це називається навантаженням на руйнування.
Межа текучості
Межа текучості — це максимальне значення напруги, яке може витримати металевий матеріал від початку пластичної деформації до повного руйнування під дією зовнішньої сили. Це значення позначає критичну точку, де матеріал переходить від стадії пружної деформації до стадії пластичної деформації.
Класифікація
Верхня границя текучості: означає максимальне напруження зразка до того, як сила впаде вперше, коли відбувається текучість.
Нижня межа текучості: відноситься до мінімального напруження на стадії текучості, коли початковий перехідний ефект ігнорується. Оскільки значення нижньої межі текучості є відносно стабільним, його зазвичай використовують як показник опору матеріалу, який називається межею текучості або межею текучості.
Формула розрахунку
Для верхньої границі текучості: R = F / Sₒ, де F — це максимальне зусилля до того, як сила вперше впаде на етапі текучості, а Sₒ — початкова площа поперечного перерізу зразка.
Для нижчої межі текучості: R = F / Sₒ, де F – мінімальна сила F без урахування початкового перехідного ефекту, а Sₒ – початкова площа поперечного перерізу зразка.
одиниця
Одиницею межі текучості зазвичай є МПа (мегапаскаль) або Н/мм² (Ньютон на квадратний міліметр).
приклад
Візьмемо, наприклад, низьковуглецеву сталь, її межа текучості зазвичай становить 207 МПа. Під впливом зовнішньої сили, що перевищує цю межу, низьковуглецева сталь спричинить постійну деформацію та не підлягає відновленню; під впливом зовнішньої сили, меншої за цю межу, низьковуглецева сталь може повернутися до свого початкового стану.
Межа текучості є одним із важливих показників для оцінки механічних властивостей металевих матеріалів. Він відображає здатність матеріалів чинити опір пластичній деформації під дією зовнішніх сил.
Міцність на розрив
Міцність на розтяг — це здатність матеріалу протистояти пошкодженню під час розтягуючого навантаження, яка конкретно виражається як максимальне значення напруги, яке матеріал може витримати під час процесу розтягування. Коли розтягуюча напруга матеріалу перевищує його міцність на розтяг, матеріал зазнає пластичної деформації або руйнування.
Формула розрахунку
Формула розрахунку міцності на розрив (σt) є:
σt = F / A
Де F — це максимальна сила розтягування (Ньютон, Н), яку зразок може витримати перед розривом, а A — початкова площа поперечного перерізу зразка (квадратний міліметр, мм²).
одиниця
Одиницею міцності на розрив зазвичай є МПа (мегапаскаль) або Н/мм² (Ньютон на квадратний міліметр). 1 МПа дорівнює 1 000 000 Ньютонів на квадратний метр, що також дорівнює 1 Н/мм².
Фактори впливу
Міцність на розрив залежить від багатьох факторів, включаючи хімічний склад, мікроструктуру, процес термічної обробки, метод обробки тощо. Різні матеріали мають різну міцність на розрив, тому для практичного застосування необхідно вибирати відповідні матеріали на основі механічних властивостей матеріалів.
Практичне застосування
Міцність на розрив є дуже важливим параметром у галузі матеріалознавства та інженерії, і часто використовується для оцінки механічних властивостей матеріалів. З точки зору конструктивного проектування, вибору матеріалу, оцінки безпеки тощо, міцність на розрив є фактором, який необхідно враховувати. Наприклад, у будівництві міцність сталі на розрив є важливим фактором, який визначає, чи може вона витримувати навантаження; в аерокосмічній галузі міцність на розрив легких і високоміцних матеріалів є ключем до забезпечення безпеки літаків.
Втомна міцність:
Втома металу відноситься до процесу, під час якого матеріали та компоненти поступово викликають локальні постійні кумулятивні пошкодження в одному або кількох місцях під дією циклічного напруження або циклічної деформації, а після певної кількості циклів виникають тріщини або раптові повні руйнування.
особливості
Раптовість у часі: втомне руйнування металу часто відбувається раптово протягом короткого періоду часу без явних ознак.
Локальність у положенні: Відмова від втоми зазвичай виникає в місцевих зонах, де зосереджено стрес.
Чутливість до навколишнього середовища та дефектів: втома металу дуже чутлива до навколишнього середовища та дрібних дефектів усередині матеріалу, які можуть прискорити процес втоми.
Фактори впливу
Амплітуда напруги: величина напруги безпосередньо впливає на втомну довговічність металу.
Середня величина напруги: чим більше середнє напруження, тим коротший термін служби металу від втоми.
Кількість циклів: чим більше разів метал зазнає циклічного навантаження або деформації, тим серйозніше накопичення втомних пошкоджень.
Профілактичні заходи
Оптимізуйте вибір матеріалів: виберіть матеріали з вищими межами втоми.
Зменшення концентрації напруги: зменшіть концентрацію напруги за допомогою структурного проектування або методів обробки, таких як використання заокруглених кутових переходів, збільшення розмірів поперечного перерізу тощо.
Обробка поверхні: полірування, напилення тощо на поверхні металу для зменшення дефектів поверхні та підвищення міцності на втому.
Перевірка та технічне обслуговування: регулярно перевіряйте металеві компоненти, щоб швидко виявити та усунути дефекти, такі як тріщини; підтримувати деталі, схильні до втоми, наприклад, замінювати зношені деталі та зміцнювати слабкі ланки.
Втома металу - це звичайний вид руйнування металу, який характеризується раптовістю, локальністю та чутливістю до навколишнього середовища. Основними факторами, що впливають на втому металу, є амплітуда напруги, середня величина напруги та кількість циклів.
Крива SN: описує довговічність матеріалів при різних рівнях напруги, де S означає напругу, а N – кількість циклів напруги.
Формула коефіцієнта втомної міцності:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Де (Ka) — коефіцієнт навантаження, (Kb) — коефіцієнт розміру, (Kc) — температурний фактор, (Kd) — коефіцієнт якості поверхні, (Ke) — коефіцієнт надійності.
Математичний вираз кривої SN:
(\sigma^m N = C)
Де (\sigma) — напруга, N — кількість циклів напруги, а m і C — константи матеріалу.
Етапи розрахунку
Визначити матеріальні константи:
Визначте значення m і C за допомогою дослідів або за допомогою відповідної літератури.
Визначте коефіцієнт концентрації напруги: враховуйте фактичну форму та розмір деталі, а також концентрацію напруги, спричинену галтелями, пазами тощо, щоб визначити коефіцієнт концентрації напруги K. Розрахуйте міцність на втому: відповідно до кривої SN та напруги коефіцієнт концентрації в поєднанні з розрахунковим терміном служби та рівнем робочої напруги деталі розраховують міцність на втому.
2. Пластичність:
Пластичність означає властивість матеріалу, який під дією зовнішньої сили викликає постійну деформацію без руйнування, коли зовнішня сила перевищує межу пружності. Ця деформація є незворотною, і матеріал не повернеться до своєї початкової форми, навіть якщо зовнішню силу прибрати.
Показник пластичності та формула його розрахунку
Подовження (δ)
Визначення: подовження - це відсоток загальної деформації калібрувального перетину після того, як зразок руйнується на розтяг до початкової довжини.
Формула: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
де L0 — вихідна довжина зразка;
L1 — довжина зразка після розбивання зразка.
Сегментне скорочення (Ψ)
Визначення: сегментарне зменшення — це відсоток максимального зменшення площі поперечного перерізу в точці шийки після того, як зразок розламано до початкової площі поперечного перерізу.
Формула: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Де F0 — вихідна площа поперечного перерізу зразка;
F1 — площа поперечного перерізу в точці перерізу після зламу зразка.
3. Твердість
Твердість металу - це показник механічних властивостей для вимірювання твердості металевих матеріалів. Це вказує на здатність чинити опір деформації в локальному обсязі на поверхні металу.
Класифікація та зображення твердості металу
Твердість металу має різноманітні методи класифікації та представлення відповідно до різних методів випробувань. В основному включають наступне:
Твердість за Брінеллем (HB):
Сфера застосування: зазвичай використовується, коли матеріал є м’якшим, наприклад, кольорові метали, сталь перед термообробкою або після відпалу.
Принцип випробування: з певним розміром випробувального навантаження, загартована сталева кулька або карбідна кулька певного діаметру вдавлюється в поверхню металу, що підлягає випробуванню, і навантаження розвантажується через певний час, і діаметр вдавлення на поверхні, що підлягає випробуванню, вимірюється.
Формула розрахунку: Значення твердості за Брінеллем є часткою, отриманою шляхом ділення навантаження на площу сферичної поверхні вдавлення.
Твердість по Роквеллу (HR):
Сфера застосування: зазвичай використовується для матеріалів з високою твердістю, наприклад твердістю після термічної обробки.
Принцип перевірки: подібний до твердості за Брінеллем, але з використанням інших зондів (алмаз) і інших методів розрахунку.
Типи: Залежно від застосування, існують HRC (для матеріалів високої твердості), HRA, HRB та інші типи.
Твердість за Віккерсом (HV):
Сфера застосування: підходить для аналізу під мікроскопом.
Принцип випробування: притисніть поверхню матеріалу навантаженням менше 120 кг і алмазним квадратним конусним індентором з кутом при вершині 136°, розділіть площу поверхні вдавлення матеріалу на значення навантаження, щоб отримати значення твердості за Віккерсом.
Твердість за Леібом (HL):
Характеристики: портативний твердомір, простий у вимірюванні.
Принцип випробування: використовуйте відскок, створений ударною кульовою головкою після удару по твердій поверхні, і обчисліть твердість за відношенням швидкості відскоку пуансона на відстані 1 мм від поверхні зразка до швидкості удару.
Час публікації: 25 вересня 2024 р
