Atsparumo tempimui bandymas daugiausia naudojamas metalinių medžiagų atsparumui tempimo proceso metu atsparumui pažeidimams nustatyti ir yra vienas iš svarbių rodiklių vertinant medžiagų mechanines savybes.
1. Tempimo bandymas
Tempimo bandymas pagrįstas pagrindiniais medžiagų mechanikos principais. Tam tikromis sąlygomis taikant medžiagos pavyzdį tempimo apkrovą, ji sukelia tempimo deformaciją, kol mėginys nutrūksta. Bandymo metu registruojama bandinio deformacija esant skirtingoms apkrovoms ir didžiausia apkrova bandiniui nutrūkus, kad būtų galima apskaičiuoti medžiagos takumo ribą, tempimo stiprumą ir kitus eksploatacinius rodiklius.
Įtempis σ = F/A
σ yra tempiamasis stipris (MPa)
F yra tempimo apkrova (N)
A yra bandinio skerspjūvio plotas
2. Tempimo kreivė
Kelių tempimo proceso etapų analizė:
a. OP etape su maža apkrova pailgėjimas yra tiesiniu ryšiu su apkrova, o Fp yra didžiausia apkrova, skirta išlaikyti tiesią liniją.
b. Kai apkrova viršija Fp, tempimo kreivė pradeda turėti netiesinį ryšį. Mėginys patenka į pradinę deformacijos stadiją, apkrova pašalinama, o mėginys gali grįžti į pradinę būseną ir elastingai deformuotis.
c. Apkrovai viršijus Fe, apkrova pašalinama, dalis deformacijos atkuriama, o dalis liekamosios deformacijos išlaikoma, kuri vadinama plastine deformacija. Fe vadinamas elastingumo riba.
d. Kai apkrova toliau didėja, tempimo kreivė rodo pjūklą. Kai apkrova nedidėja arba nemažėja, eksperimentinio bandinio nenutrūkstamo pailgėjimo reiškinys vadinamas duodančiu. Po to, kai bandinys pasiduoda, jis pradeda akivaizdžiai deformuotis.
e. Po derliaus pavyzdžio padidėja atsparumas deformacijai, sukietėja darbe ir sustiprėja deformacija. Kai apkrova pasiekia Fb, ta pati mėginio dalis smarkiai susitraukia. Fb yra jėgos riba.
f. Susitraukimo reiškinys sumažina bandinio laikomąją galią. Kai apkrova pasiekia Fk, mėginys nutrūksta. Tai vadinama lūžio apkrova.
Derlingumo stiprumas
Takumo stipris yra didžiausia įtempių vertė, kurią metalinė medžiaga gali atlaikyti nuo plastinės deformacijos pradžios iki visiško lūžio, kai veikiama išorinės jėgos. Ši vertė žymi kritinį tašką, kai medžiaga pereina iš elastinės deformacijos stadijos į plastinės deformacijos stadiją.
Klasifikacija
Viršutinė takumo riba: reiškia didžiausią bandinio įtempį prieš nukritus jėgai pirmą kartą, kai atsiranda takumo.
Mažesnė takumo riba: reiškia mažiausią įtempį takumo stadijoje, kai neatsižvelgiama į pradinį trumpalaikį poveikį. Kadangi žemesnio takumo taško reikšmė yra gana stabili, ji dažniausiai naudojama kaip medžiagos atsparumo rodiklis, vadinamas takumo riba arba takumo riba.
Skaičiavimo formulė
Viršutinei takumo ribai: R = F / Sₒ, kur F yra didžiausia jėga prieš nukritus jėgai pirmą kartą takumo stadijoje, o Sₒ yra pradinis mėginio skerspjūvio plotas.
Mažesnei takumo ribai: R = F / Sₒ, kur F yra mažiausia jėga F, neatsižvelgiant į pradinį trumpalaikį efektą, o Sₒ yra pradinis mėginio skerspjūvio plotas.
Vienetas
Takumo ribos vienetas paprastai yra MPa (megapaskalis) arba N/mm² (niutonas kvadratiniam milimetrui).
Pavyzdys
Kaip pavyzdį paimkite mažai anglies dioksido anglies plieną, jo išeigos riba paprastai yra 207 MPa. Veikiant išorinei jėgai, didesnei už šią ribą, mažai anglies dioksido išskiriantis plienas sukels nuolatinę deformaciją ir negali būti atstatytas; veikiamas išorinės jėgos, mažesnės už šią ribą, mažai anglies dioksido išskiriantis plienas gali grįžti į pradinę būseną.
Takumo stipris yra vienas iš svarbių metalinių medžiagų mechaninių savybių vertinimo rodiklių. Tai atspindi medžiagų gebėjimą atsispirti plastinei deformacijai, kai jas veikia išorinės jėgos.
Tempimo stiprumas
Tempiamasis stipris – tai medžiagos gebėjimas atsispirti pažeidimams esant tempimo apkrovai, kuri konkrečiai išreiškiama kaip didžiausia įtempio vertė, kurią medžiaga gali atlaikyti tempimo proceso metu. Kai medžiagos tempiamasis įtempis viršija jos tempimo stiprumą, medžiaga plastiškai deformuojasi arba lūžta.
Skaičiavimo formulė
Tempimo stiprio (σt) skaičiavimo formulė yra tokia:
σt = F / A
Čia F yra didžiausia tempimo jėga (niutonas, N), kurią bandinys gali atlaikyti prieš sulaužant, o A yra pradinis bandinio skerspjūvio plotas (kvadratinis milimetras, mm²).
Vienetas
Tempimo stiprio vienetas paprastai yra MPa (megapaskalis) arba N/mm² (niutonas kvadratiniam milimetrui). 1 MPa yra lygus 1 000 000 niutonų kvadratiniam metrui, o tai taip pat yra 1 N/mm².
Įtakojantys veiksniai
Tempiamasis stipris priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant cheminę sudėtį, mikrostruktūrą, terminio apdorojimo procesą, apdorojimo metodą ir kt. Skirtingos medžiagos turi skirtingą atsparumą tempimui, todėl praktikoje reikia parinkti tinkamas medžiagas, atsižvelgiant į mechanines medžiagos savybes. medžiagų.
Praktinis pritaikymas
Tempiamasis stipris yra labai svarbus parametras medžiagų mokslo ir inžinerijos srityje, dažnai naudojamas medžiagų mechaninėms savybėms įvertinti. Kalbant apie konstrukcijos projektą, medžiagų parinkimą, saugos vertinimą ir tt, tempiamasis stipris yra veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti. Pavyzdžiui, statybos inžinerijoje plieno atsparumas tempimui yra svarbus veiksnys, lemiantis, ar jis gali atlaikyti apkrovas; aviacijos ir kosmoso srityje lengvų ir labai stiprių medžiagų atsparumas tempimui yra esminis dalykas siekiant užtikrinti orlaivių saugumą.
Nuovargio stiprumas:
Metalo nuovargis reiškia procesą, kurio metu medžiagos ir komponentai laipsniškai sukelia vietinius nuolatinius kumuliacinius pažeidimus vienoje ar keliose vietose, veikiant cikliniam įtempimui ar cikliniam įtempimui, o po tam tikro ciklų skaičiaus atsiranda įtrūkimų arba staigių visiškų lūžių.
Savybės
Staigumas laiku: metalo nuovargio gedimas dažnai įvyksta staiga per trumpą laiką be akivaizdžių požymių.
Vietovė padėtyje: nuovargis dažniausiai atsiranda tose vietose, kur sutelktas stresas.
Jautrumas aplinkai ir defektams: metalo nuovargis yra labai jautrus aplinkai ir nedideliems medžiagos defektams, kurie gali paspartinti nuovargio procesą.
Įtakojantys veiksniai
Įtempimo amplitudė: Įtempimo dydis tiesiogiai veikia metalo nuovargio tarnavimo laiką.
Vidutinis įtempių dydis: kuo didesnis vidutinis įtempis, tuo trumpesnis metalo nuovargio laikas.
Ciklų skaičius: kuo daugiau kartų metalas patiria ciklinį įtempį ar deformaciją, tuo rimtesnis nuovargio pažeidimas.
Prevencinės priemonės
Optimizuokite medžiagų pasirinkimą: pasirinkite medžiagas su didesnėmis nuovargio ribomis.
Įtempių koncentracijos mažinimas: Sumažinkite įtempių koncentraciją taikant konstrukcijos projektavimo ar apdorojimo metodus, pvz., naudojant suapvalintus kampų perėjimus, didinant skerspjūvio matmenis ir kt.
Paviršiaus apdorojimas: metalo paviršiaus poliravimas, purškimas ir kt., siekiant sumažinti paviršiaus defektus ir pagerinti atsparumą nuovargiui.
Patikra ir priežiūra: reguliariai tikrinkite metalines dalis, kad greitai aptiktumėte ir pataisytumėte defektus, tokius kaip įtrūkimai; prižiūrėti dalis, linkusias pavargti, pvz., pakeisti susidėvėjusias dalis ir sustiprinti silpnąsias jungtis.
Metalo nuovargis yra dažnas metalo gedimo būdas, kuriam būdingas staigumas, lokalumas ir jautrumas aplinkai. Įtempių amplitudė, vidutinis įtempių dydis ir ciklų skaičius yra pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos metalo nuovargiui.
SN kreivė: apibūdina medžiagų nuovargio trukmę esant skirtingiems įtempių lygiams, kur S reiškia įtempį, o N – įtempių ciklų skaičių.
Nuovargio stiprumo koeficiento formulė:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Kur (Ka) yra apkrovos koeficientas, (Kb) yra dydžio koeficientas, (Kc) yra temperatūros koeficientas, (Kd) yra paviršiaus kokybės koeficientas ir (Ke) yra patikimumo koeficientas.
SN kreivės matematinė išraiška:
(\sigma^m N = C)
Kur (\sigma) yra įtempis, N yra įtempių ciklų skaičius, o m ir C yra medžiagos konstantos.
Skaičiavimo žingsniai
Nustatykite medžiagos konstantas:
Atlikdami eksperimentus arba remdamiesi atitinkama literatūra, nustatykite m ir C reikšmes.
Nustatykite įtempių koncentracijos koeficientą: atsižvelkite į faktinę detalės formą ir dydį, taip pat įtempių koncentraciją, kurią sukelia filė, grioveliai ir kt., kad nustatytumėte įtempių koncentracijos koeficientą K. Apskaičiuokite nuovargio stiprumą: pagal SN kreivę ir įtempį koncentracijos koeficientas, kartu su detalės projektiniu tarnavimo laiku ir darbinio įtempio lygiu, apskaičiuoja nuovargio stiprumą.
2. Plastiškumas:
Plastiškumas reiškia medžiagos savybę, kuri, veikiant išorinei jėgai, sukelia nuolatinę deformaciją, kai išorinė jėga viršija elastingumo ribą. Ši deformacija yra negrįžtama ir medžiaga nebegrįš į pradinę formą net pašalinus išorinę jėgą.
Plastiškumo indeksas ir jo skaičiavimo formulė
Pailgėjimas (δ)
Apibrėžimas: pailgėjimas yra visos matuoklio sekcijos deformacijos procentas po to, kai bandinys tempiamas įtrūkus iki pradinio matuoklio ilgio.
Formulė: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
kur L0 yra pradinis bandinio ilgis;
L1 yra matuoklio ilgis sulaužius bandinį.
Segmentinis sumažinimas (Ψ)
Apibrėžimas: Segmentinis sumažinimas yra maksimalaus skerspjūvio ploto sumažėjimo iškirpimo taške procentas po to, kai bandinys sulaužomas iki pradinio skerspjūvio ploto.
Formulė: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
kur F0 yra pradinis bandinio skerspjūvio plotas;
F1 yra skerspjūvio plotas iškirpimo taške, kai bandinys sulaužytas.
3. Kietumas
Metalo kietumas yra mechaninių savybių indeksas, skirtas metalinių medžiagų kietumui matuoti. Tai rodo gebėjimą atsispirti deformacijai vietiniame tūryje ant metalinio paviršiaus.
Metalo kietumo klasifikacija ir vaizdavimas
Metalo kietumas turi įvairius klasifikavimo ir vaizdavimo metodus pagal skirtingus bandymo metodus. Daugiausia apima:
Brinelio kietumas (HB):
Taikymo sritis: Paprastai naudojamas, kai medžiaga yra minkštesnė, pavyzdžiui, spalvotieji metalai, plienas prieš terminį apdorojimą arba po atkaitinimo.
Bandymo principas: Esant tam tikro dydžio bandomajai apkrovai, tam tikro skersmens grūdintas plieno rutulys arba karbido rutulys įspaudžiamas į bandomojo metalo paviršių, o apkrova iškraunama po nurodyto laiko, o įdubos skersmuo. matuojamas ant bandomojo paviršiaus.
Skaičiavimo formulė: Brinelio kietumo vertė yra koeficientas, gaunamas padalijus apkrovą iš įdubos sferinio paviršiaus ploto.
Rokvelo kietumas (HR):
Taikymo sritis: Paprastai naudojamas medžiagoms, kurių kietumas didesnis, pavyzdžiui, kietumas po terminio apdorojimo.
Bandymo principas: panašus į Brinelio kietumą, bet naudojant skirtingus zondus (deimantą) ir skirtingus skaičiavimo metodus.
Tipai: Priklausomai nuo naudojimo, yra HRC (didelio kietumo medžiagoms), HRA, HRB ir kiti tipai.
Vickerso kietumas (HV):
Taikymo sritis: tinka analizei mikroskopu.
Bandymo principas: Paspauskite medžiagos paviršių, kai apkrova yra mažesnė nei 120 kg, ir deimantinį kvadratinį kūgį, kurio viršūnės kampas yra 136°, ir padalinkite medžiagos įdubimo duobės paviršiaus plotą iš apkrovos vertės, kad gautumėte Vickerso kietumo vertę.
Leebo kietumas (HL):
Savybės: nešiojamas kietumo matuoklis, lengvai matuojamas.
Bandymo principas: naudokite smūgio rutulio galvutės atšokimą po smūgio į kietumo paviršių ir apskaičiuokite kietumą pagal smūgio atšokimo greičio 1 mm atstumu nuo mėginio paviršiaus ir smūgio greičio santykį.
Paskelbimo laikas: 2024-09-25
