Випробування на розрив сили в основному використовується для визначення здатності металевих матеріалів протистояти пошкодженню під час процесу розтягування, і є одним з важливих показників для оцінки механічних властивостей матеріалів.
1. Тест на розтяг
Тест на розтяг базується на основних принципах механіки матеріалу. Застосовуючи навантаження на розтяг до зразка матеріалу при певних умовах, це викликає деформацію розтягування, поки зразок не зламається. Під час тесту деформація експериментального зразка при різних навантаженнях та максимальне навантаження при реєстрації прориву зразка, щоб обчислити міцність виходу, міцність на розрив та інші показники продуктивності матеріалу.
Напруга σ = f/a
σ - міцність на розрив (MPA)
F - навантаження на розтяг (n)
A-область поперечного перерізу зразка
2. Крива розтягування
Аналіз декількох етапів процесу розтягування:
а. На етапі ОП з невеликим навантаженням подовження знаходиться в лінійному залежності з навантаженням, а FP - максимальне навантаження для підтримки прямої лінії.
б. Після того, як навантаження перевищує FP, крива розтягування починає приймати нелінійні відносини. Зразок потрапляє на початкову стадію деформації, і навантаження видаляється, а зразок може повернутися до початкового стану та еластично деформу.
c. Після того, як навантаження перевищує Fe, навантаження видаляється, частина деформації відновлюється, а частина залишкової деформації зберігається, що називається пластичною деформацією. Fe називається еластичною межею.
д. Коли навантаження ще більше збільшується, крива розтягування показує Sawtooth. Коли навантаження не збільшується і не зменшується, явище безперервного подовження експериментального зразка називається вихідним. Після виходу зразок починає зазнавати очевидної пластичної деформації.
е. Після виходу на зразок демонструє підвищення стійкості до деформації, працює затвердіння та зміцнення деформацій. Коли навантаження досягає FB, однакова частина зразка різко скорочується. FB - обмеження сили.
ф. Явище усадки призводить до зниження несучої здатності зразка. Коли навантаження досягає FK, зразок розривається. Це називається навантаженням на перелом.
Похідна сила
Міцність виходу - це максимальне значення напруги, яке металевий матеріал може витримувати від початку пластичної деформації для повного руйнування, коли піддається зовнішній силі. Це значення позначає критичну точку, коли матеріал переходить від стадії еластичної деформації до стадії пластичної деформації.
Класифікація
Верхня міцність виходу: відноситься до максимального напруження зразка до того, як сила вперше падає, коли виникає.
Нижча міцність на врожайність: відноситься до мінімального напруження на стадії виходу, коли початковий перехідний ефект ігнорується. Оскільки значення нижньої точки виходу є відносно стабільним, його зазвичай використовують як індикатор матеріальної стійкості, що називається точкою виходу або міцністю на врожайність.
Формула розрахунку
Для верхньої сили врожаю: r = f / sₒ, де F-максимальна сила до того, як сила вперше падає на стадії виходу, а Sₒ-початкова область поперечного перерізу зразка.
Для нижньої міцності на врожайність: r = f / sₒ, де f-мінімальна сила f ігнорування початкового перехідного ефекту, а Sₒ-початкова область поперечного перерізу зразка.
Одиниця
Одиниця міцності врожаю, як правило, MPA (мегапаскаль) або N/MM² (Ньютон на квадратний міліметр).
Приклад
Візьмемо для прикладу низьковуглецеву сталь, її межа врожаю зазвичай становить 207 мпА. Якщо піддатися зовнішній силі, що перевищує цю межу, низька вуглецева сталь призведе до постійної деформації і не може бути відновлена; Якщо піддатися зовнішній силі менше цієї межі, низька вуглецева сталь може повернутися до початкового стану.
Міцність виходу є одним з важливих показників для оцінки механічних властивостей металевих матеріалів. Це відображає здатність матеріалів протистояти пластичній деформації при підданні зовнішнім силам.
Сила на розрив
Міцність на розрив - це здатність матеріалу протистояти пошкодженню при навантаженні на розрив, який спеціально виражається як максимальне значення напруги, яке матеріал може витримати під час процесу розтягування. Коли напруга на розтяг на матеріалі перевищує його міцність на розтяг, матеріал зазнає пластичної деформації або перелому.
Формула розрахунку
Формула розрахунку для міцності на розрив (σt) становить:
σt = f / a
Там, де F-максимальна сила розтягування (Ньютон, N), що зразок може протистояти перед розривом, а A-оригінальна площа поперечного перерізу зразка (квадратний міліметр, мм²).
Одиниця
Одиниця міцності на розрив зазвичай MPA (мегапаскаль) або N/MM² (Ньютон на квадратний міліметр). 1 МПа дорівнює 1 000 000 новонтонів на квадратний метр, що також дорівнює 1 н/мм².
Вплив факторів
На міцність на розрив впливає багато факторів, включаючи хімічний склад, мікроструктуру, процес термічної обробки, метод обробки тощо. Різні матеріали мають різні міцності на розрив, тому в практичних застосуванні необхідно вибирати відповідні матеріали на основі механічних властивостей матеріали.
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 структурної конструкції, вибору матеріалів, оцінки безпеки тощо, міцність на розрив є фактором, який необхідно враховувати. Наприклад, в будівельній інженерії міцність на розрив сталі є важливим фактором у визначенні того, чи може вона витримати навантаження; У галузі аерокосмічного простору міцність на розрив легких та високоміцних матеріалів є ключовим фактором для забезпечення безпеки літальних апаратів.
Сила втоми:
Металева втома відноситься до процесу, в якому матеріали та компоненти поступово завдають місцевого постійного накопичувального пошкодження в одному або декількох місцях під циклічним напруженням або циклічним деформацією, а тріщини або раптові повні переломи виникають після певної кількості циклів.
Особливості
Раптовість у часі: Невдача металевої втоми часто трапляється раптово за короткий проміжок часу без очевидних ознак.
Місцевість у положенні: Втома несправність зазвичай виникає в місцевих районах, де стрес зосереджується.
Чутливість до навколишнього середовища та дефектів: металева втома дуже чутлива до навколишнього середовища та крихітних дефектів всередині матеріалу, що може прискорити процес втоми.
Вплив факторів
Амплітуда стресу: величина стресу безпосередньо впливає на термін втоми металу.
Середня величина стресу: чим більший середній стрес, тим коротший термін втоми металу.
Кількість циклів: чим більше разів метал знаходиться під циклічним напруженням або деформацією, тим серйозніше накопичення пошкодження втоми.
Профілактичні заходи
Оптимізуйте вибір матеріалу: Виберіть матеріали з більш високими обмеженнями втоми.
Зменшення концентрації напруги: зменшення концентрації напруги за допомогою структурних методів проектування або обробки, таких як використання округлих кутових переходів, збільшення розмірів поперечного перерізу тощо.
Поверхнева обробка: полірування, обприскування тощо на металевій поверхні, щоб зменшити дефекти поверхні та покращити міцність на втому.
Перевірка та обслуговування: регулярно оглядайте металеві компоненти, щоб негайно виявити та відновити дефекти, такі як тріщини; Підтримуйте частини, схильні до втоми, таких як заміна зношених деталей та посилення слабких зв’язків.
Металева втома - це звичайний режим металевої недостатності, який характеризується раптовості, місцевості та чутливістю до навколишнього середовища. Амплітуда стресу, середня величина стресу та кількість циклів - основні фактори, що впливають на втому металу.
Крива SN: описує термін втоми матеріалів за різним рівнем стресу, де S являє собою стрес, а N являє собою кількість стресових циклів.
Формула коефіцієнта сили втоми:
(Kf = Ka \ CDOT KB \ CDOT KC \ CDOT KD \ CDOT KE)
Якщо (ka) є коефіцієнт навантаження, (кб) є коефіцієнтом розміру (KC) - коефіцієнт температури (Kd) - коефіцієнт якості поверхні, а (ке) - коефіцієнт надійності.
Крива SN Математичний вираз:
(\ sigma^m n = c)
Де (\ sigma) - стрес, n - кількість стресових циклів, а M і C - матеріальні константи.
Етапи обчислення
Визначте матеріальні константи:
Визначте значення M і C за допомогою експериментів або посилаючись на відповідну літературу.
Визначте коефіцієнт концентрації стресу: врахуйте фактичну форму та розмір частини, а також концентрацію напруги, спричинену філе, ключів тощо, для визначення коефіцієнта концентрації стресу К. Обчисліть силу втоми: відповідно до кривої SN та напруги Коефіцієнт концентрації в поєднанні з робочим терміном проектування та рівнем робочого стресу частини обчисліть силу втоми.
2. Пластичність:
Пластичність відноситься до властивості матеріалу, який при підданні зовнішній силі створює постійну деформацію, не порушуючи, коли зовнішня сила перевищує її еластичну межу. Ця деформація незворотна, і матеріал не повернеться до початкової форми, навіть якщо зовнішня сила буде знята.
Індекс пластичності та його формула обчислення
Подовження (δ)
Визначення: подовження - це відсоток від загальної деформації ділянки калібру після того, як зразок розривається на розрив до початкової довжини датчиків.
Формула: δ = (L1 - L0) / L0 × 100%
Де L0 - оригінальна довжина датчика зразка;
L1 - довжина датчиків після зламаного зразка.
Сегментарне зменшення (ψ)
Визначення: Сегментарне зменшення-це відсоток максимального зниження області поперечного перерізу в точці шийки після того, як зразок розбивається на початкову область поперечного перерізу.
Формула: ψ = (F0 - F1) / F0 × 100%
Де F0-оригінальна область поперечного перерізу зразка;
F1-це область поперечного перерізу в точці шийки після того, як зразок зламається.
3. Твердість
Твердість металу - це механічний індекс властивості для вимірювання твердості металевих матеріалів. Це вказує на здатність протистояти деформації в локальному об'ємі на поверхні металу.
Класифікація та представлення твердості металу
Металева твердість має різноманітні методи класифікації та представлення відповідно до різних методів випробувань. В основному включайте наступне:
Брінелл твердість (HB):
Обсяг застосування: зазвичай використовується, коли матеріал м'якший, наприклад, кольорові метали, сталь перед термообробкою або після відпалу.
Принцип випробування: з певним розміром випробувального навантаження загартована сталева кулька або карбідний куля певного діаметра втиснута на поверхню металу, яку потрібно випробувати, а навантаження вивантажується через визначений час, і діаметр відступу на поверхні, яку потрібно випробувати, вимірюється.
Формула розрахунку: Значення твердості Бринелла - це коефіцієнт, отриманий шляхом ділення навантаження на сферичну площу поверхні відступу.
Твердість Роквелла (HR):
Обсяг застосування: зазвичай використовується для матеріалів з більшою твердістю, такими як твердість після термічної обробки.
Принцип тесту: Подібно до твердості Брінелла, але використовуючи різні зонди (алмаз) та різні методи обчислення.
Типи: Залежно від програми, існує HRC (для матеріалів високої твердості), HRA, HRB та інших типів.
Вікерс твердість (HV):
Обсяг застосування: підходить для аналізу мікроскопа.
Принцип випробування: натисніть поверхню матеріалу навантаженням менше 120 кг та діамантовим квадратним конусом індентером з кутом вершини 136 °, і розділіть площу поверхні матеріальної ями відступу на значення навантаження, щоб отримати значення твердості Вікерс.
Леб твердість (HL):
Особливості: Портативний тестер твердості, простий у вимірюванні.
Принцип тесту: Використовуйте відскоки, що генерується за допомогою ударної головки кулі після впливу на поверхню твердості, і обчисліть твердість за співвідношенням швидкості відскоку удару на 1 мм від поверхні зразка до швидкості удару.
Час посади: 25-2024 рр.
