A szakítószilárdsági vizsgálatot elsősorban a fémanyagok nyújtási folyamat során fellépő károsodással szembeni ellenállásának meghatározására használják, és az anyagok mechanikai tulajdonságainak értékelésének egyik fontos mutatója.
1. Szakítópróba
A szakítóvizsgálat az anyagmechanika alapelvein alapul. Bizonyos körülmények között szakítóterhelést alkalmazva az anyagmintára, húzódeformációt okoz, amíg a minta el nem törik. A vizsgálat során rögzítik a kísérleti minta deformációját különböző terhelések alatt, valamint a minta törésénél jelentkező maximális terhelést, hogy kiszámítsák az anyag folyáshatárát, szakítószilárdságát és egyéb teljesítménymutatóit.
Feszültség σ = F/A
σ a szakítószilárdság (MPa)
F a húzóerő (N)
A a minta keresztmetszeti területe
2. Szakítógörbe
A nyújtási folyamat több szakaszának elemzése:
a. Kis terhelés mellett, OP szakaszban a megnyúlás lineáris összefüggésben áll a terheléssel, és az Fp a maximális terhelés, amely az egyenes vonal fenntartásához szükséges.
b. Miután a terhelés meghaladja az Fp értéket, a szakítószilárdsági görbe nemlineáris összefüggést kezd felvenni. A minta belép a kezdeti deformációs szakaszba, a terhelés megszűnik, a minta visszatér eredeti állapotába és rugalmasan deformálódik.
c. Miután a terhelés meghaladja az Fe értéket, a terhelést megszüntetik, a deformáció egy része helyreáll, a maradék deformáció egy része pedig megmarad, ezt nevezzük képlékeny deformációnak. Az Fe értéket rugalmassági határnak nevezzük.
d. Amikor a terhelés tovább növekszik, a szakítógörbe fűrészfog alakúvá válik. Amikor a terhelés nem növekszik vagy csökken, a kísérleti minta folyamatos megnyúlásának jelenségét folyásnak nevezzük. A folyás után a minta egyértelmű képlékeny alakváltozáson megy keresztül.
e. A folyáshatár után a minta alakváltozási ellenállása, alakváltozási keményedése és alakváltozási szilárdulása megnő. Amikor a terhelés eléri az Fb értéket, a minta ugyanazon része meredeken zsugorodik. Az Fb a szilárdsági határ.
f. A zsugorodási jelenség a minta teherbírásának csökkenéséhez vezet. Amikor a terhelés eléri az Fk értéket, a minta eltörik. Ezt törőterhelésnek nevezzük.
folyáshatár
A folyáshatár az a maximális feszültségérték, amelyet egy fém anyag a képlékeny alakváltozás kezdetétől a teljes törésig képes elviselni külső erőhatás hatására. Ez az érték azt a kritikus pontot jelöli, ahol az anyag a rugalmas alakváltozási szakaszból a képlékeny alakváltozási szakaszba lép.
Osztályozás
Felső folyáshatár: a minta maximális feszültségét jelenti, mielőtt az erő először csökken a folyáshatár bekövetkezésekor.
Alsó folyáshatár: a folyáshatárban lévő minimális feszültségre utal, amikor a kezdeti átmeneti hatást figyelmen kívül hagyjuk. Mivel az alsó folyáshatár értéke viszonylag stabil, általában az anyagellenállás mutatójaként használják, ezt folyáshatárnak vagy folyáshatárnak nevezik.
Számítási képlet
Felső folyáshatár esetén: R = F / Sₒ, ahol F a maximális erő, mielőtt az erő először csökken a folyáshatár alatt, és Sₒ a minta eredeti keresztmetszeti területe.
Alacsonyabb folyáshatár esetén: R = F / Sₒ, ahol F a minimális erő F, figyelmen kívül hagyva a kezdeti átmeneti hatást, és Sₒ a minta eredeti keresztmetszeti területe.
Egység
A folyáshatár mértékegysége általában MPa (megapascal) vagy N/mm² (newton négyzetmilliméterenként).
Példa
Vegyük például az alacsony szén-dioxid-kibocsátású acélt, amelynek folyáshatára általában 207 MPa. Ha ennél nagyobb külső erőhatás éri, az alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél maradó alakváltozást okoz, és nem állítható vissza; ha ennél kisebb külső erőhatás éri, az alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél visszatérhet eredeti állapotába.
A folyáshatár a fémes anyagok mechanikai tulajdonságainak értékelésének egyik fontos mutatója. Azt tükrözi, hogy az anyagok milyen mértékben képesek ellenállni a képlékeny alakváltozásnak külső erők hatására.
Szakítószilárdság
A szakítószilárdság az anyag azon képessége, hogy ellenálljon a szakítóterhelés alatti károsodásnak, amelyet konkrétan a szakítófolyamat során az anyag által elviselhető maximális feszültségértékként fejeznek ki. Amikor az anyagra ható szakítófeszültség meghaladja a szakítószilárdságát, az anyag képlékeny alakváltozáson vagy törésen megy keresztül.
Számítási képlet
A szakítószilárdság (σt) kiszámítási képlete a következő:
σt = F / A
Ahol F a maximális szakítóerő (Newton, N), amelyet a minta törés előtt elbír, és A a minta eredeti keresztmetszeti területe (négyzetmilliméter, mm²).
Egység
A szakítószilárdság mértékegysége általában MPa (megapascal) vagy N/mm² (newton négyzetmilliméterenként). 1 MPa 1 000 000 newtont jelent négyzetméterenként, ami szintén 1 N/mm²-nek felel meg.
Befolyásoló tényezők
A szakítószilárdságot számos tényező befolyásolja, beleértve a kémiai összetételt, a mikroszerkezetet, a hőkezelési folyamatot, a feldolgozási módszert stb. A különböző anyagok szakítószilárdsága eltérő, ezért a gyakorlati alkalmazásokban az anyagok mechanikai tulajdonságai alapján kell megfelelő anyagokat választani.
Gyakorlati alkalmazás
A szakítószilárdság nagyon fontos paraméter az anyagtudomány és a mérnöki tudományok területén, és gyakran használják az anyagok mechanikai tulajdonságainak értékelésére. A szerkezeti tervezés, az anyagválasztás, a biztonsági értékelés stb. szempontjából a szakítószilárdság egy olyan tényező, amelyet figyelembe kell venni. Például az építőiparban az acél szakítószilárdsága fontos tényező annak meghatározásában, hogy ellenáll-e a terhelésnek; a repülőgépiparban a könnyű és nagy szilárdságú anyagok szakítószilárdsága kulcsfontosságú a repülőgépek biztonságának garantálásához.
Kifáradási szilárdság:
A fémfáradás azt a folyamatot jelenti, amelynek során az anyagok és alkatrészek ciklikus feszültség vagy deformáció alatt fokozatosan, lokálisan, maradandó, kumulatív károsodást okoznak egy vagy több helyen, és bizonyos számú ciklus után repedések vagy hirtelen teljes törések jelentkeznek.
Jellemzők
Hirtelen fellángolás: A fémfáradásos meghibásodás gyakran hirtelen, rövid idő alatt, nyilvánvaló jelek nélkül következik be.
Helyiség a pozícióban: A fáradásos meghibásodás általában azokon a lokális területeken fordul elő, ahol a feszültség koncentrálódik.
Környezeti érzékenység és hibák: A fémfáradás nagyon érzékeny a környezetre és az anyagban lévő apró hibákra, ami felgyorsíthatja a fáradási 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 kitéve a fém ciklikus feszültségnek vagy alakváltozásnak, annál súlyosabb a kifáradásos károsodás felhalmozódása.
Megelőző intézkedések
Anyagválasztás optimalizálása: Válasszon magasabb kifáradási határértékű anyagokat.
Feszültségkoncentráció csökkentése: A feszültségkoncentráció csökkentése szerkezeti tervezéssel vagy feldolgozási módszerekkel, például lekerekített sarokátmenetek használatával, keresztmetszeti méretek növelésével stb.
Felületkezelés: Polírozás, permetezés stb. a fémfelületen a felületi hibák csökkentése és a fáradási szilárdság javítása érdekében.
Ellenőrzés és karbantartás: Rendszeresen ellenőrizze a fém alkatrészeket a repedésekhez hasonló hibák időben történő észlelése és javítása érdekében; tartsa karban a kifáradásra hajlamos alkatrészeket, például cserélje ki a kopott alkatrészeket és erősítse meg a gyenge láncszemeket.
A fémfáradás egy gyakori fémmeghibásodási mód, amelyet a hirtelen fellépés, a lokalitás és a környezeti hatásokra való érzékenység jellemez. A feszültségamplitúdó, az átlagos feszültségnagyság és a ciklusok száma a fémfáradást befolyásoló fő tényezők.
SN görbe: az anyagok kifáradási élettartamát írja le különböző feszültségszintek alatt, ahol S a feszültséget, N pedig a feszültségciklusok számát jelöli.
Fáradási szilárdsági együttható képlete:
(Kf = Ka ∫Kb ∫Kc ∫Kd ∫Ke)
Ahol (Ka) a terhelési tényező, (Kb) a mérettényező, (Kc) a hőmérsékleti tényező, (Kd) a felületi minőségi tényező, és (Ke) a megbízhatósági tényező.
SN görbe matematikai kifejezése:
(\sigma^m N = C)
Ahol (\sigma) a feszültség, N a feszültségciklusok száma, m és C pedig anyagállandók.
Számítási lépések
Határozza meg az anyagállandókat:
Határozza meg m és C értékeit kísérletekkel vagy a vonatkozó szakirodalom felhasználásával.
Feszültségkoncentrációs tényező meghatározása: A K feszültségkoncentrációs tényező meghatározásához vegye figyelembe az alkatrész tényleges alakját és méretét, valamint a lekerekítések, reteszhornyok stb. okozta feszültségkoncentrációt. Fáradási szilárdság kiszámítása: Az SN görbe és a feszültségkoncentrációs tényező alapján, az alkatrész tervezési élettartamával és üzemi feszültségszintjével kombinálva számítsa ki a fáradási szilárdságot.
2. Plaszticitás:
A képlékenység az anyag azon tulajdonságára utal, hogy külső erő hatására maradó alakváltozást hoz létre törés nélkül, ha a külső erő meghaladja a rugalmassági határát. Ez az alakváltozás visszafordíthatatlan, és az anyag nem nyeri vissza eredeti alakját még akkor sem, ha a külső erőt megszüntetjük.
Plaszticitási index és számítási képlete
Nyúlás (δ)
Definíció: A nyúlás a mérőszelvény teljes deformációjának százalékos aránya, miután a mintát szakítótöréssel az eredeti mérőhosszra törték.
Képlet: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Ahol L0 a minta eredeti mérőhossza;
Az L1 a mintadarab törése utáni mérési hossz.
Szegmentális redukció (Ψ)
Definíció: A szegmentális csökkenés a keresztmetszeti terület maximális csökkenésének százalékos értéke a nyakpontnál, miután a mintát az eredeti keresztmetszeti területre törték.
Képlet: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Ahol F0 a minta eredeti keresztmetszeti területe;
Az F1 a keresztmetszeti terület a nyakképzési pontnál a minta törése után.
3. Keménység
A fémkeménység egy mechanikai tulajdonságindex, amely a fémes anyagok keménységét méri. Azt jelzi, hogy a fém felületén lévő lokális térfogatban milyen mértékben képes ellenállni a deformációnak.
A fémek keménységének osztályozása és ábrázolása
A fémkeménység osztályozási és ábrázolási módszerei a különböző vizsgálati módszerek szerint számosak. Ezek főként a következők:
Brinell-keménység (HB):
Alkalmazási terület: Általában lágyabb anyagok esetén használják, például színesfémek, acél hőkezelés előtt vagy lágyítás után.
Vizsgálati elv: Bizonyos méretű vizsgálati terheléssel egy meghatározott átmérőjű edzett acélgolyót vagy keményfém golyót nyomnak a vizsgálandó fém felületébe, majd a terhelést meghatározott idő elteltével tehermentesítik, és megmérik a vizsgálandó felületen lévő bemélyedés átmérőjét.
Számítási képlet: A Brinell-keménység értéke a terhelés és a bemélyedés gömbfelületének hányadosa.
Rockwell-keménység (HR):
Alkalmazási terület: Általában nagyobb keménységű anyagokhoz használják, például hőkezelés utáni keménységhez.
Vizsgálati elv: Hasonló a Brinell-keménységhez, de más mérőfejeket (gyémánt) és más számítási módszereket használ.
Típusok: Az alkalmazástól függően léteznek HRC (nagy keménységű anyagokhoz), HRA, HRB és egyéb típusok.
Vickers-keménység (HV):
Alkalmazási terület: Mikroszkópos elemzéshez alkalmas.
Vizsgálati elv: Nyomja az anyag felületét 120 kg-nál kisebb terheléssel és 136°-os csúcsszögű gyémánt négyzetkúpos bemélyítővel, majd ossza el az anyag bemélyedésének felületét a terhelés értékével, így megkapja a Vickers-keménységet.
Leeb-keménység (HL):
Jellemzők: Hordozható keménységmérő, könnyen mérhető.
Vizsgálati elv: Használja az ütőgömbfej által a kemény felületre ütés után létrehozott visszapattanást, és számítsa ki a keménységet a minta felületétől 1 mm-re lévő lyukasztó visszapattanási sebességének és az ütési sebességnek az arányával.
Közzététel ideje: 2024. szeptember 25.
