A szakítószilárdsági vizsgálatot elsősorban a fémanyagok nyújtási folyamat közbeni sérülésekkel szembeni ellenálló képességének meghatározására használják, és az anyagok mechanikai tulajdonságainak értékelésének egyik fontos mutatója.
1. Szakítóvizsgálat
A szakítóvizsgálat az anyagmechanika alapelvein alapul. Az anyagmintára bizonyos feltételek mellett húzó terhelést gyakorolva húzódeformációt okoz a minta eltöréséig. A vizsgálat során rögzítjük a kísérleti minta alakváltozását különböző terhelések mellett és a maximális terhelést a minta törésekor, így kiszámítjuk az anyag folyáshatárát, szakítószilárdságát és egyéb teljesítménymutatóit.
Feszültség σ = F/A
σ a szakítószilárdság (MPa)
F a húzóterhelés (N)
A a minta keresztmetszete
2. Szakítógörbe
A nyújtási folyamat több szakaszának elemzése:
a. Az OP szakaszban kis terhelés mellett a nyúlás lineáris kapcsolatban van a terheléssel, és az Fp az egyenes fenntartásának maximális terhelése.
b. Miután a terhelés meghaladja az Fp-t, a húzógörbe nemlineáris összefüggést vesz fel. A minta belép a kezdeti deformációs szakaszba, a terhelés megszűnik, és a minta visszatérhet eredeti állapotába és rugalmasan deformálódik.
c. Miután a terhelés meghaladja a Fe-t, a terhelés megszűnik, az alakváltozás egy része helyreáll, és a maradó alakváltozás egy része megmarad, amit plasztikus deformációnak nevezünk. Fe az úgynevezett rugalmassági határ.
d. Amikor a terhelés tovább növekszik, a húzógörbe fűrészfogat mutat. Ha a terhelés nem növekszik vagy csökken, a kísérleti minta folyamatos megnyúlásának jelenségét hozamnak nevezzük. Az engedés után a minta nyilvánvaló képlékeny deformáción megy keresztül.
e. Az eresztést követően a minta alakváltozási ellenállásának növekedését, munkakeményedést és alakváltozás-erősödést mutat. Amikor a terhelés eléri az Fb-t, a minta ugyanazon része erősen zsugorodik. Fb az erőhatár.
f. A zsugorodás jelensége a minta teherbíró képességének csökkenéséhez vezet. Amikor a terhelés eléri az Fk értéket, a minta megszakad. Ezt törésterhelésnek nevezik.
Hozamerő
A folyáshatár az a maximális feszültségérték, amelyet egy fémanyag a képlékeny alakváltozás kezdetétől a teljes törésig képes ellenállni külső erőhatásnak kitéve. Ez az érték jelöli azt a kritikus pontot, ahol az anyag a rugalmas alakváltozási szakaszból a képlékeny alakváltozási szakaszba lép át.
Osztályozás
Felső folyáshatár: a minta maximális feszültségére utal, mielőtt az erő először csökkenne, amikor folyás következik be.
Alacsonyabb folyáshatár: a minimális feszültségre utal a folyási szakaszban, amikor a kezdeti tranziens hatást figyelmen kívül hagyjuk. Mivel az alacsonyabb folyáshatár értéke viszonylag stabil, általában az anyagellenállás mutatójaként használják, amelyet folyáshatárnak vagy folyáshatárnak neveznek.
Számítási képlet
Felső folyáshatárhoz: R = F / Sₒ, ahol F a maximális erő, mielőtt az erő először csökken a folyási szakaszban, és Sₒ a minta eredeti keresztmetszete.
Alacsonyabb folyáshatárhoz: R = F / Sₒ, ahol F a minimális F erő, figyelmen kívül hagyva a kezdeti tranziens hatást, és Sₒ a minta eredeti keresztmetszete.
Egység
A folyáshatár mértékegysége általában MPa (megapascal) vagy N/mm² (Newton per négyzetmilliméter).
Példa
Vegyük például az alacsony széntartalmú acélt, folyáshatára általában 207 MPa. Ha ennél a határértéknél nagyobb külső erőhatásnak teszik ki, az alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél maradandó deformációt okoz, és nem lehet helyreállítani; ennél a határértéknél kisebb külső erőhatásnak kitéve az alacsony széntartalmú acél visszatérhet eredeti állapotába.
A folyáshatár az egyik fontos mutató a fémanyagok mechanikai tulajdonságainak értékeléséhez. Ez tükrözi az anyagok azon képességét, hogy ellenállnak a plasztikus deformációnak, amikor külső erőknek vannak kitéve.
Szakítószilárdság
A szakítószilárdság az anyag azon képessége, hogy ellenálljon a húzóterhelés hatására bekövetkező sérüléseknek, amelyet kifejezetten az anyag maximális feszültségértékeként fejeznek ki, amelyet az anyag a húzási folyamat során elvisel. Ha az anyag húzófeszültsége meghaladja a szakítószilárdságát, az anyag képlékeny deformáción vagy törésen megy keresztül.
Számítási képlet
A szakítószilárdság (σt) számítási képlete a következő:
σt = F/A
Ahol F az a maximális húzóerő (Newton, N), amelyet a próbatest el tud viselni a törés előtt, és A a minta eredeti keresztmetszete (négyzetmilliméter, mm²).
Egység
A szakítószilárdság mértékegysége általában MPa (megapascal) vagy N/mm² (Newton per négyzetmilliméter). 1 MPa 1 000 000 Newton négyzetméterenként, ami szintén 1 N/mm².
Befolyásoló tényezők
A szakítószilárdságot számos tényező befolyásolja, beleértve a kémiai összetételt, a mikroszerkezetet, a hőkezelési folyamatot, a feldolgozási módot stb. A különböző anyagoknak eltérő a szakítószilárdsága, ezért a gyakorlati alkalmazásoknál a megfelelő anyagok kiválasztása a mechanikai tulajdonságai alapján szükséges. anyagokat.
Gyakorlati alkalmazás
A szakítószilárdság nagyon fontos paraméter az anyagtudomány és a mérnöki tudomány területén, és gyakran használják az anyagok mechanikai tulajdonságainak értékelésére. A szerkezeti tervezés, az anyagválasztás, a biztonsági értékelés stb. szempontjából a szakítószilárdság olyan tényező, amelyet figyelembe kell venni. Például az építőiparban az acél szakítószilárdsága fontos tényező annak meghatározásában, hogy ellenáll-e a terheléseknek; a repülés területén a könnyű és nagy szilárdságú anyagok szakítószilárdsága a kulcsa a repülőgépek biztonságának.
Kifáradási szilárdság:
Fémfáradás alatt azt a folyamatot értjük, amelyben az anyagok és alkatrészek egy vagy több helyen, ciklikus igénybevétel vagy ciklikus alakváltozás hatására fokozatosan lokális maradandó halmozott károsodást okoznak, és bizonyos számú ciklus után repedések vagy hirtelen teljes törések lépnek fel.
Jellemzők
Időbeli hirtelenség: A fémfáradás meghibásodása gyakran hirtelen, rövid időn belül jelentkezik, nyilvánvaló jelek nélkül.
Helyi elhelyezkedés: A fáradtság meghibásodása általában olyan helyi területeken fordul elő, ahol a stressz koncentrálódik.
Érzékenység a környezetre és a hibákra: A fémfáradás nagyon érzékeny a környezetre és az anyagon belüli apró hibákra, amelyek felgyorsíthatják a kifáradási folyamatot.
Befolyásoló tényezők
Feszültség amplitúdója: A feszültség nagysága közvetlenül befolyásolja a fém kifáradási élettartamát.
Átlagos feszültség nagysága: Minél nagyobb az átlagos feszültség, annál rövidebb a fém kifáradási élettartama.
Ciklusok száma: Minél többször van a fém ciklikus igénybevételnek vagy alakváltozásnak kitéve, annál súlyosabb a felhalmozódása a fáradási károsodásnak.
Megelőző intézkedések
Az anyagválasztás optimalizálása: Válasszon magasabb kifáradási határértékekkel rendelkező anyagokat.
Feszültségkoncentráció csökkentése: Csökkentse a feszültségkoncentrációt szerkezeti tervezéssel vagy feldolgozási módszerekkel, például lekerekített sarokátmenetekkel, keresztmetszeti méretek növelésével stb.
Felületkezelés: Polírozás, permetezés stb. a fémfelületen a felületi hibák csökkentése és a kifáradási szilárdság javítása érdekében.
Ellenőrzés és karbantartás: Rendszeresen ellenőrizze a fém alkatrészeket a hibák, például repedések azonnali észlelése és javítása érdekében; karbantartja a fáradásra hajlamos alkatrészeket, például cserélje ki a kopott alkatrészeket és erősítse meg a gyenge láncszemeket.
A fémfáradás egy gyakori fémtörési mód, amelyet a hirtelenség, lokalitás és a környezetre való érzékenység jellemez. A feszültség amplitúdója, az átlagos feszültség nagysága és a ciklusok száma a fő tényezők, amelyek befolyásolják a fém fáradását.
SN görbe: az anyagok kifáradási élettartamát írja le különböző feszültségszintek mellett, ahol S a feszültséget, N pedig a feszültségi ciklusok számát jelenti.
Kifáradási szilárdsági együttható képlete:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Ahol (Ka) a terhelési tényező, (Kb) a mérettényező, (Kc) a hőmérsékleti tényező, (Kd) a felületminőségi tényező, és (Ke) a megbízhatósági tényező.
SN görbe matematikai kifejezés:
(\sigma^m N = C)
Ahol (\sigma) a feszültség, N a feszültségciklusok száma, m és C pedig anyagállandók.
A számítás lépései
Határozzuk meg az anyagállandókat:
Határozza meg m és C értékét kísérletekkel vagy a vonatkozó irodalomra hivatkozva.
Határozza meg a feszültségkoncentrációs tényezőt: A K feszültségkoncentrációs tényező meghatározásához vegye figyelembe az alkatrész tényleges alakját és méretét, valamint a filék, hornyok stb. által okozott feszültségkoncentrációt. koncentrációtényező, kombinálva az alkatrész tervezett élettartamával és üzemi igénybevételi szintjével, kiszámítja a kifáradási szilárdságot.
2. Plaszticitás:
A plaszticitás az anyag azon tulajdonságára utal, amely külső erőhatásnak kitéve maradandó alakváltozást hoz létre törés nélkül, ha a külső erő meghaladja a rugalmassági határát. Ez a deformáció visszafordíthatatlan, és az anyag a külső erő megszüntetése esetén sem tér vissza eredeti alakjába.
A plaszticitási index és számítási képlete
Megnyúlás (δ)
Definíció: A nyúlás a mérőszelvény teljes deformációjának százalékos aránya, miután a próbatestet az eredeti mérőhosszra húzták.
Képlet: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
ahol L0 a minta eredeti mérőhossza;
L1 a mintadarab törése utáni mérőhossz.
Szegmenscsökkentés (Ψ)
Definíció: A szegmenscsökkentés a keresztmetszeti terület maximális csökkenésének százalékos aránya a nyakkivágási pontban, miután a próbatestet az eredeti keresztmetszeti területre törték.
Képlet: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
ahol F0 a minta eredeti keresztmetszete;
F1 a keresztmetszeti terület a nyakkivágási pontnál a minta törése után.
3. Keménység
A fém keménysége a fémanyagok keménységének mérésére szolgáló mechanikai tulajdonságindex. Azt jelzi, hogy ellenáll a deformációnak a fémfelület helyi térfogatában.
A fémkeménység osztályozása és ábrázolása
A fémkeménység többféle osztályozási és ábrázolási módszerrel rendelkezik a különböző vizsgálati módszerek szerint. Főleg a következőket tartalmazza:
Brinell keménység (HB):
Alkalmazási terület: Általában akkor használják, ha az anyag puhább, például színesfémek, acél hőkezelés előtt vagy izzítás után.
Vizsgálati elv: Bizonyos méretű próbaterhelés mellett egy bizonyos átmérőjű edzett acélgolyót vagy keményfém golyót a vizsgálandó fém felületébe nyomnak, és a terhelést meghatározott idő elteltével tehermentesítik, és a bemélyedés átmérője a vizsgálandó felületen mérik.
Számítási képlet: A Brinell-keménységi érték a terhelés és a bemélyedés gömbfelületének hányadosa.
Rockwell keménység (HR):
Alkalmazási terület: Általában nagyobb keménységű anyagokhoz használják, mint például a hőkezelés utáni keménység.
Vizsgálati elv: Hasonló a Brinell keménységhez, de különböző szondákkal (gyémánt) és különböző számítási módszerekkel.
Típusok: Az alkalmazástól függően HRC (nagy keménységű anyagokhoz), HRA, HRB és egyéb típusok léteznek.
Vickers keménység (HV):
Alkalmazási terület: Mikroszkópos elemzésre alkalmas.
Vizsgálati elv: Nyomja meg az anyag felületét 120 kg-nál kisebb terheléssel és egy gyémánt négyzetkúp behúzásával 136°-os csúcsszöggel, és ossza el az anyagmélyedés felületét a terhelés értékével, hogy megkapja a Vickers keménységi értéket.
Leeb keménység (HL):
Jellemzők: Hordozható keménységmérő, könnyen mérhető.
Vizsgálati elv: Használja az ütőgömbfej által generált visszapattanást a keménységi felülethez való ütközés után, és számítsa ki a keménységet a minta felületétől 1 mm-re lévő ütési visszapattanási sebesség és az ütközési sebesség arányával.
Feladás időpontja: 2024.09.25
