Tempimo stiprumo bandymas daugiausia naudojamas metalinių medžiagų gebėjimui atsispirti pažeidimams tempimo proceso metu nustatyti ir yra vienas iš svarbių rodiklių vertinant medžiagų mechanines savybes.
1. Tempimo bandymas
Tempimo bandymas pagrįstas pagrindiniais medžiagų mechanikos principais. Tam tikromis sąlygomis veikiant medžiagos bandiniui tempimo apkrovą, sukeliama tempiamoji deformacija, kol bandinys lūžta. Bandymo metu registruojama eksperimentinio bandinio deformacija esant skirtingoms apkrovoms ir maksimali apkrova bandinio lūžimo metu, siekiant 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, esant mažai apkrovai, pailgėjimas yra tiesiškai proporcingas apkrovai, o Fp yra maksimali apkrova, leidžianti išlaikyti tiesią liniją.
b. Kai apkrova viršija Fp, tempimo kreivė pradeda įgauti netiesinį ryšį. Mėginys pereina į pradinę deformacijos stadiją, apkrova pašalinama ir mėginys gali grįžti į pradinę būseną bei elastingai deformuotis.
c. Kai apkrova viršija Fe, ji pašalinama, dalis deformacijos atkuriama, o dalis likusios deformacijos išlaikoma, tai vadinama plastine deformacija. Fe vadinama tamprumo riba.
d. Kai apkrova toliau didėja, tempimo kreivė tampa pjūklo dantų formos. Kai apkrova nedidėja ir nemažėja, eksperimentinio bandinio nuolatinio pailgėjimo reiškinys vadinamas takumu. Po takumo bandinys pradeda akivaizdžiai plastiškai deformuotis.
e. Po takumo periodo padidėja bandinio atsparumas deformacijai, sukietėjimas deformacijos metu ir deformacinis sutvirtėjimas. Kai apkrova pasiekia Fb, ta pati bandinio dalis smarkiai susitraukia. Fb yra stiprumo riba.
f. Susitraukimo reiškinys sumažina bandinio laikomąją galią. Kai apkrova pasiekia Fk, bandinys lūžta. Tai vadinama lūžio apkrova.
Takumo riba
Takumo riba yra didžiausia įtempio vertė, kurią metalinė medžiaga gali atlaikyti nuo plastinės deformacijos pradžios iki visiško lūžio, veikiant išorinei jėgai. Ši vertė žymi kritinį tašką, kuriame medžiaga pereina iš elastinės deformacijos stadijos į plastinės deformacijos stadiją.
Klasifikacija
Viršutinė takumo riba: reiškia didžiausią bandinio įtempį prieš jėgai pirmą kartą sumažėjant takumo ribai.
Apatinė takumo riba: reiškia minimalų įtempį takumo stadijoje, kai ignoruojamas pradinis pereinamasis poveikis. Kadangi apatinės takumo ribos vertė yra santykinai stabili, ji paprastai naudojama kaip medžiagos atsparumo rodiklis, vadinamas takumo riba arba takumo riba.
Skaičiavimo formulė
Viršutinė takumo riba: R = F / Sₒ, kur F yra maksimali jėga prieš jai pirmą kartą sumažėjant takumo stadijoje, o Sₒ yra pradinis bandinio skerspjūvio plotas.
Mažesniam takumo stipriui: R = F / Sₒ, kur F yra minimali jėga F, neatsižvelgiant į pradinį trumpalaikį efektą, o Sₒ yra pradinis bandinio skerspjūvio plotas.
Vienetas
Takumo ribos vienetas paprastai yra MPa (megapaskalis) arba N/mm² (niutonas kvadratiniam milimetrui).
Pavyzdys
Pavyzdžiui, mažai anglies turinčio plieno takumo riba paprastai yra 207 MPa. Veikiamas didesnės nei ši riba išorinės jėgos, mažai anglies turintis plienas sukels liekamąją deformaciją ir jo negalima atkurti; veikiamas mažesnės nei ši riba išorinės jėgos, mažai anglies turintis plienas gali grįžti į pradinę būseną.
Takumo riba yra vienas iš svarbių rodiklių, vertinant metalinių medžiagų mechanines savybes. Ji atspindi medžiagų gebėjimą atsispirti plastinei deformacijai, kai jos veikiamos išorinių jėgų.
Tempimo stipris
Tempiamasis stipris yra medžiagos gebėjimas atsispirti pažeidimams esant tempiamajai apkrovai, kuris konkrečiai išreiškiamas kaip maksimali įtempio vertė, kurią medžiaga gali atlaikyti tempimo proceso metu. Kai tempiamasis įtempis viršija jos tempiamąjį stiprį, medžiaga plastiškai deformuojasi arba lūžta.
Skaičiavimo formulė
Tempimo stiprio (σt) skaičiavimo formulė yra:
σt = F / A
Čia F yra didžiausia tempimo jėga (Niutonais, N), kurią bandinys gali atlaikyti prieš sulūždamas, o A yra pradinis bandinio skerspjūvio plotas (kvadratiniais milimetrais, mm²).
Vienetas
Tempimo stiprio vienetas paprastai yra MPa (megapaskalis) arba N/mm² (niutonai kvadratiniam milimetrui). 1 MPa lygus 1 000 000 niutonų kvadratiniam metrui, kas taip pat lygu 1 N/mm².
Įtakos veiksniai
Tempimo stiprumui įtakos turi daug veiksnių, įskaitant cheminę sudėtį, mikrostruktūrą, terminio apdorojimo procesą, apdorojimo būdą ir kt. Skirtingos medžiagos turi skirtingą tempimo stiprumą, todėl praktiniame pritaikyme būtina pasirinkti tinkamas medžiagas pagal medžiagų mechanines savybes.
Praktinis pritaikymas
Tempiamasis stipris yra labai svarbus parametras medžiagų mokslo ir inžinerijos srityje ir dažnai naudojamas medžiagų mechaninėms savybėms įvertinti. Kalbant apie konstrukcijų projektavimą, medžiagų parinkimą, saugos vertinimą ir kt., tempiamasis stipris yra veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti. Pavyzdžiui, statybų inžinerijoje plieno tempiamasis stipris yra svarbus veiksnys nustatant, ar jis gali atlaikyti apkrovas; aviacijos ir kosmoso srityje lengvų ir didelio stiprumo medžiagų tempiamasis stipris yra raktas į orlaivių saugos užtikrinimą.
Nuovargio stiprumas:
Metalo nuovargis – tai procesas, kurio metu medžiagos ir komponentai, veikiami ciklinio įtempio ar ciklinės deformacijos, palaipsniui vienoje ar keliose vietose sukelia vietinius nuolatinius kaupiamuosius pažeidimus, o po tam tikro ciklų skaičiaus atsiranda įtrūkimų arba staigių visiškų lūžių.
Savybės
Staigumas laike: metalo nuovargio gedimas dažnai įvyksta staiga per trumpą laiką be akivaizdžių požymių.
Lokalumas padėtyje: Nuovargio gedimas paprastai atsiranda tose vietose, kur sutelktas įtempis.
Jautrumas aplinkai ir defektams: metalo nuovargis yra labai jautrus aplinkai ir mažiems medžiagos defektams, kurie gali paspartinti nuovargio procesą.
Įtakos veiksniai
Įtempio amplitudė: Įtempio dydis tiesiogiai veikia metalo nuovargio tarnavimo laiką.
Vidutinis įtempio dydis: kuo didesnis vidutinis įtempis, tuo trumpesnis metalo nuovargio laikas.
Ciklų skaičius: kuo daugiau kartų metalas patiria ciklinį įtempį ar deformaciją, tuo rimtesnė nuovargio žalos kaupimosi tikimybė.
Prevencinės priemonės
Optimizuokite medžiagų pasirinkimą: rinkitės medžiagas su didesnėmis nuovargio ribomis.
Įtempių koncentracijos mažinimas: įtempių koncentraciją galima sumažinti konstrukciniu projektavimu arba apdirbimo metodais, pavyzdžiui, naudojant užapvalintus kampų perėjimus, didinant skerspjūvio matmenis ir kt.
Paviršiaus apdorojimas: metalo paviršiaus poliravimas, purškimas ir kt., siekiant sumažinti paviršiaus defektus ir pagerinti atsparumą nuovargiui.
Apžiūra ir priežiūra: reguliariai tikrinkite metalinius komponentus, kad laiku aptiktumėte ir pašalintumėte defektus, tokius kaip įtrūkimai; prižiūrėkite dalis, linkusias į nuovargį, pvz., pakeiskite susidėvėjusias dalis ir sustiprinkite silpnas 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, darantys įtaką metalo nuovargiui.
SN kreivė: apibūdina medžiagų nuovargio trukmę esant skirtingiems įtempių lygiams, kur S reiškia įtempį, o N – įtempimo ciklų skaičių.
Nuovargio stiprumo koeficiento formulė:
(Kf = Ka ∫ Kb ∫ Kc ∫ Kd ∫ Ke)
Kur (Ka) yra apkrovos koeficientas, (Kb) yra dydžio koeficientas, (Kc) yra temperatūros koeficientas, (Kd) yra paviršiaus kokybės koeficientas, o (Ke) yra patikimumo koeficientas.
SN kreivės matematinė išraiška:
(\sigma^m N = C)
Kur (\sigma) yra įtempis, N yra įtempimo ciklų skaičius, o m ir C yra medžiagos konstantos.
Skaičiavimo žingsniai
Nustatykite medžiagų konstantas:
Nustatykite m ir C vertes eksperimentiškai arba remdamiesi atitinkama literatūra.
Įtempių koncentracijos koeficiento nustatymas: Įtempių koncentracijos koeficientui K nustatyti reikia atsižvelgti į faktinę detalės formą ir dydį, taip pat įtempių koncentraciją, kurią sukelia įdubimai, grioveliai ir kt. Nuovargio stiprumo apskaičiavimas: Pagal SN kreivę ir įtempių koncentracijos koeficientą kartu su detalės projektiniu tarnavimo laiku ir darbiniu įtempio lygiu apskaičiuokite nuovargio stiprumą.
2. Plastiškumas:
Plastiškumas reiškia medžiagos savybę, kad veikiant išorinei jėgai, ji sukelia nuolatinę deformaciją nesulūždama, kai išorinė jėga viršija savo elastingumo ribą. Ši deformacija yra negrįžtama, ir medžiaga negrįš į pradinę formą net ir pašalinus išorinę jėgą.
Plastiškumo indeksas ir jo skaičiavimo formulė
Pailgėjimas (δ)
Apibrėžimas: Pailgėjimas yra bandinio sekcijos bendros deformacijos procentinė dalis po to, kai bandinys tempiamasis lūžis atliekamas iki pradinio matuoklio ilgio.
Formulė: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Kur L0 yra pradinis bandinio matuoklio ilgis;
L1 yra matuoklio ilgis po bandinio sulaužymo.
Segmentinė redukcija (Ψ)
Apibrėžimas: Segmentinis sumažėjimas yra didžiausio skerspjūvio ploto sumažėjimo procentinė dalis kaklo taške 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 kaklelio taške po bandinio lūžio.
3. Kietumas
Metalo kietumas yra mechaninių savybių rodiklis, matuojantis metalinių medžiagų kietumą. Jis rodo gebėjimą atsispirti deformacijai metalo paviršiaus tūryje.
Metalo kietumo klasifikacija ir vaizdavimas
Metalo kietumas klasifikuojamas ir vaizduojamas įvairiais būdais pagal skirtingus bandymo metodus. Iš jų daugiausia:
Brinelio kietumas (HB):
Taikymo sritis: Paprastai naudojama, kai medžiaga yra minkštesnė, pavyzdžiui, spalvotieji metalai, plienas prieš terminį apdorojimą arba po atkaitinimo.
Bandymo principas: Esant tam tikro dydžio bandymo apkrovai, į bandomojo metalo paviršių įspaudžiamas tam tikro skersmens grūdinto plieno arba karbido rutulys, o po nustatyto laiko apkrova nuimama ir išmatuojamas bandomojo paviršiaus įdubimo skersmuo.
Skaičiavimo formulė: Brinelio kietumo vertė yra dalmuo, gaunamas apkrovą padalijus iš įdubos sferinio paviršiaus ploto.
Rokvelo kietumas (HR):
Taikymo sritis: Paprastai naudojama medžiagoms, kurių kietumas didesnis, pvz., kietumas po terminio apdorojimo.
Bandymo principas: panašus į Brinelio kietumą, tačiau naudojami skirtingi zondai (deimantiniai) ir skirtingi skaičiavimo metodai.
Tipai: Priklausomai nuo pritaikymo, yra HRC (didelio kietumo medžiagoms), HRA, HRB ir kiti tipai.
Vikerso kietumas (HV):
Taikymo sritis: Tinka mikroskopo analizei.
Bandymo principas: prispauskite medžiagos paviršių mažesne nei 120 kg apkrova ir deimantiniu kvadratiniu kūgiu, kurio viršūnės kampas yra 136°, ir padalykite medžiagos įdubos duobės paviršiaus plotą iš apkrovos vertės, kad gautumėte Vickerso kietumo vertę.
Leebo kietumas (HL):
Savybės: Nešiojamas kietumo matuoklis, lengvai išmatuojamas.
Bandymo principas: naudokite smūgio rutulio galvutės sukurtą atšokimą po smūgio į kietumo paviršių ir apskaičiuokite kietumą pagal perforatoriaus atšokimo greičio 1 mm atstumu nuo bandinio paviršiaus ir smūgio greičio santykį.
Įrašo laikas: 2024 m. rugsėjo 25 d.
