Vetolujuustestiä käytetään pääasiassa määrittämään metallimateriaalien kykyä vastustaa vaurioita venytysprosessin aikana, ja se on yksi tärkeimmistä indikaattoreista materiaalien mekaanisten ominaisuuksien arvioinnissa.
1. Vetokoe
Vetokoe perustuu materiaalimekaniikan perusperiaatteisiin. Kohdistamalla materiaalinäytteeseen tietyissä olosuhteissa vetokuormitusta se aiheuttaa vetomuodonmuutoksia, kunnes näyte rikkoutuu. Testin aikana kirjataan koenäytteen muodonmuutos eri kuormituksissa ja maksimikuorma näytteen katketessa, jotta voidaan laskea materiaalin myötöraja, vetolujuus ja muut suoritusindikaattorit.
Jännitys σ = F/A
σ on vetolujuus (MPa)
F on vetokuorma (N)
A on näytteen poikkileikkausala
2. Vetokäyrä
Venytysprosessin useiden vaiheiden analyysi:
a. OP-vaiheessa pienellä kuormalla venymä on lineaarisessa suhteessa kuormaan, ja Fp on maksimikuorma suoran ylläpitämiseksi.
b. Kun kuorma ylittää Fp, vetokäyrä alkaa ottaa epälineaarisen suhteen. Näyte siirtyy alkuperäiseen muodonmuutosvaiheeseen ja kuormitus poistetaan, ja näyte voi palata alkuperäiseen tilaan ja muotoutua elastisesti.
c. Kun kuorma ylittää Fe:n, kuorma poistetaan, osa muodonmuutoksesta palautetaan ja osa jäännösmuodonmuutoksesta säilyy, jota kutsutaan plastiseksi muodonmuutokseksi. Fe:tä kutsutaan elastisuusrajaksi.
d. Kun kuormitus kasvaa edelleen, vetokäyrässä näkyy sahaus. Kun kuormitus ei kasva tai vähene, kokeellisen näytteen jatkuvan venymisen ilmiötä kutsutaan myöntymiseksi. Myötäytymisen jälkeen näyte alkaa läpikäymään selvää plastista muodonmuutosta.
e. Myötäytymisen jälkeen näytteen muodonmuutoskestävyys, työkovettuminen ja muodonmuutoksen vahvistuminen lisääntyvät. Kun kuorma saavuttaa Fb:n, sama osa näytteestä kutistuu voimakkaasti. Fb on vahvuusraja.
f. Kutistumisilmiö johtaa näytteen kantokyvyn heikkenemiseen. Kun kuorma saavuttaa Fk:n, näyte katkeaa. Tätä kutsutaan murtumakuormitukseksi.
Tuottovoima
Myötölujuus on suurin jännitysarvo, jonka metallimateriaali voi kestää plastisen muodonmuutoksen alusta täydelliseen murtumiseen, kun siihen kohdistuu ulkoinen voima. Tämä arvo merkitsee kriittistä pistettä, jossa materiaali siirtyy elastisesta muodonmuutosvaiheesta plastiseen muodonmuutosvaiheeseen.
Luokitus
Ylempi myötöraja: viittaa näytteen maksimijännitykseen ennen kuin voima putoaa ensimmäistä kertaa, kun myötö tapahtuu.
Alempi myötöraja: viittaa myötörajan minimijännitykseen, kun alkuperäinen ohimenevä vaikutus jätetään huomiotta. Koska alemman myötörajan arvo on suhteellisen vakaa, sitä käytetään yleensä materiaalin kestävyyden indikaattorina, jota kutsutaan myötörajaksi tai myötörajaksi.
Laskentakaava
Ylempi myötöraja: R = F / Sₒ, jossa F on suurin voima ennen kuin voima putoaa ensimmäistä kertaa myötörajassa, ja Sₒ on näytteen alkuperäinen poikkileikkausala.
Pienemmälle myötörajalle: R = F / Sₒ, jossa F on pienin voima F, joka jättää huomioimatta alkuperäisen transienttivaikutuksen, ja Sₒ on näytteen alkuperäinen poikkileikkausala.
Yksikkö
Myötölajuuden yksikkö on yleensä MPa (megapascal) tai N/mm² (newtonia neliömillimetriä kohti).
Esimerkki
Otetaan esimerkkinä vähähiilinen teräs, sen myötöraja on yleensä 207 MPa. Kun vähähiilinen teräs altistaa tätä rajaa suuremmalle ulkoiselle voimalle, se aiheuttaa pysyviä muodonmuutoksia, eikä sitä voida palauttaa; tätä rajaa pienemmän ulkoisen voiman vaikutuksesta vähähiilinen teräs voi palata alkuperäiseen tilaansa.
Myötölujuus on yksi tärkeimmistä mittareista metallimateriaalien mekaanisten ominaisuuksien arvioinnissa. Se kuvastaa materiaalien kykyä vastustaa plastisia muodonmuutoksia, kun ne altistetaan ulkoisille voimille.
Vetolujuus
Vetolujuus on materiaalin kyky vastustaa vaurioita vetokuormituksen alaisena, mikä ilmaistaan nimenomaan enimmäisjännitysarvona, jonka materiaali voi kestää vetoprosessin aikana. Kun materiaaliin kohdistuva vetojännitys ylittää sen vetolujuuden, materiaali käy läpi plastisen muodonmuutoksen tai murtuman.
Laskentakaava
Vetolujuuden (σt) laskentakaava on:
σt = F / A
Missä F on suurin vetovoima (Newton, N), jonka näyte voi kestää ennen rikkoutumista, ja A on näytteen alkuperäinen poikkileikkausala (neliömillimetri, mm²).
Yksikkö
Vetolujuuden yksikkö on yleensä MPa (megapascal) tai N/mm² (newtonia neliömillimetriä kohti). 1 MPa on 1 000 000 newtonia neliömetriä kohti, mikä on myös 1 N/mm².
Vaikuttavat tekijät
Vetolujuuteen vaikuttavat monet tekijät, mukaan lukien kemiallinen koostumus, mikrorakenne, lämpökäsittelyprosessi, prosessointimenetelmä jne. Eri materiaaleilla on erilaiset vetolujuudet, joten käytännön sovelluksissa on tarpeen valita sopivat materiaalit mekaanisten ominaisuuksien perusteella. materiaaleja.
Käytännön sovellus
Vetolujuus on erittäin tärkeä parametri materiaalitieteen ja -tekniikan alalla, ja sitä käytetään usein materiaalien mekaanisten ominaisuuksien arvioinnissa. Rakennesuunnittelun, materiaalin valinnan, turvallisuusarvioinnin jne. kannalta vetolujuus on huomioitava tekijä. Esimerkiksi rakennustekniikassa teräksen vetolujuus on tärkeä tekijä määritettäessä, kestääkö se kuormitusta; ilmailualalla kevyiden ja erittäin lujien materiaalien vetolujuus on avainasemassa lentokoneiden turvallisuuden varmistamisessa.
Väsymysvoima:
Metalliväsymisellä tarkoitetaan prosessia, jossa materiaalit ja komponentit tuottavat vähitellen paikallisia pysyviä kumulatiivisia vaurioita yhdessä tai useammassa paikassa syklisen jännityksen tai syklisen jännityksen alaisena ja halkeamia tai äkillisiä täydellisiä murtumia syntyy tietyn syklien määrän jälkeen.
Ominaisuudet
Äkillisyys ajassa: Metalliväsymisvika tapahtuu usein äkillisesti lyhyessä ajassa ilman selviä merkkejä.
Paikka asennossa: Väsymishäiriö esiintyy yleensä paikallisilla alueilla, joilla stressi on keskittynyt.
Herkkyys ympäristölle ja viat: Metallin väsyminen on erittäin herkkä ympäristölle ja materiaalin sisällä oleville pienille vikoille, jotka voivat nopeuttaa väsymisprosessia.
Vaikuttavat tekijät
Jännitysamplitudi: Jännityksen suuruus vaikuttaa suoraan metallin väsymisikään.
Keskimääräinen jännityssuuruus: Mitä suurempi keskimääräinen jännitys on, sitä lyhyempi metallin väsymisikä.
Jaksojen lukumäärä: Mitä useammin metalli on syklisen jännityksen tai venymän alaisena, sitä vakavampaa on väsymisvaurioiden kertyminen.
Ennaltaehkäisevät toimenpiteet
Optimoi materiaalivalinta: Valitse materiaalit, joilla on korkeammat väsymisrajat.
Jännityskeskittymän vähentäminen: Vähennä jännityskeskittymistä rakennesuunnittelulla tai prosessointimenetelmillä, kuten käyttämällä pyöristettyjä kulmien siirtymiä, suurentamalla poikkileikkauksen mittoja jne.
Pintakäsittely: Kiillotus, ruiskutus jne. metallipinnalle pintavirheiden vähentämiseksi ja väsymislujuuden parantamiseksi.
Tarkastus ja huolto: Tarkista metalliosat säännöllisesti havaitaksesi ja korjataksesi vikoja, kuten halkeamia, nopeasti; huoltaa väsymiselle alttiita osia, kuten vaihtaa kuluneet osat ja vahvistaa heikkoja lenkkejä.
Metallin väsyminen on yleinen metallin rikkoutumistila, jolle on ominaista äkillisyys, paikallisuus ja herkkyys ympäristölle. Jännitysamplitudi, keskimääräinen jännityksen suuruus ja syklien lukumäärä ovat tärkeimmät metallin väsymiseen vaikuttavat tekijät.
SN-käyrä: kuvaa materiaalien väsymisikää eri jännitystasoilla, missä S on jännitys ja N jännitysjaksojen lukumäärä.
Väsymislujuuskertoimen kaava:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Missä (Ka) on kuormituskerroin, (Kb) on kokotekijä, (Kc) on lämpötilatekijä, (Kd) on pinnan laatutekijä ja (Ke) on luotettavuustekijä.
SN-käyrän matemaattinen lauseke:
(\sigma^m N = C)
Missä (\sigma) on jännitys, N on jännitysjaksojen lukumäärä ja m ja C ovat materiaalivakioita.
Laskentavaiheet
Määritä materiaalivakiot:
Määritä m:n ja C:n arvot kokein tai viittaamalla asiaankuuluvaan kirjallisuuteen.
Jännityskeskittymiskertoimen määrittäminen: Ota huomioon kappaleen todellinen muoto ja koko sekä fileiden, kiilaurien jne. aiheuttama jännityspitoisuus määrittääksesi jännityskeskittymiskertoimen K. Laske väsymislujuus: SN-käyrän ja jännityksen mukaan pitoisuuskerroin yhdistettynä osan suunniteltuun käyttöikään ja käyttöjännitystasoon laskee väsymislujuuden.
2. Plastisuus:
Muovisuudella tarkoitetaan materiaalin ominaisuutta, joka ulkoisen voiman vaikutuksesta aiheuttaa pysyvän muodonmuutoksen rikkoutumatta, kun ulkoinen voima ylittää kimmorajan. Tämä muodonmuutos on peruuttamaton, eikä materiaali palaa alkuperäiseen muotoonsa, vaikka ulkoinen voima poistettaisiin.
Plastisuusindeksi ja sen laskentakaava
Venymä (δ)
Määritelmä: Venymä on prosenttiosuus mittarin osan kokonaismuodonmuutoksesta sen jälkeen, kun näyte on murtunut vetolujilla alkuperäiseen mittapituuteen.
Kaava: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
jossa L0 on näytteen alkuperäinen mitattu pituus;
L1 on mittauspituus näytteen rikkomisen jälkeen.
Segmenttivähennys (Ψ)
Määritelmä: Segmenttivähennys on prosenttiosuus poikkileikkausalan suurimmasta pienenemisestä kaulakohdassa sen jälkeen, kun näyte on murrettu alkuperäiseen poikkileikkausalaan.
Kaava: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
jossa F0 on näytteen alkuperäinen poikkileikkausala;
F1 on poikkileikkauspinta-ala kaulakohdassa näytteen rikkoutumisen jälkeen.
3. Kovuus
Metallin kovuus on mekaaninen ominaisuusindeksi, jolla mitataan metallimateriaalien kovuutta. Se osoittaa kyvyn vastustaa muodonmuutoksia paikallisessa tilavuudessa metallipinnalla.
Metallin kovuuden luokitus ja esitys
Metallin kovuudella on erilaisia luokitus- ja esitysmenetelmiä eri testausmenetelmien mukaan. Sisältää pääasiassa seuraavat:
Brinell-kovuus (HB):
Käyttöalue: Käytetään yleensä, kun materiaali on pehmeämpää, kuten ei-rautametallit, teräs ennen lämpökäsittelyä tai hehkutuksen jälkeen.
Testausperiaate: Tietyn kokoisella testikuormalla puristetaan tietyn halkaisijan omaava karkaistu teräskuula tai kovametallikuula testattavan metallin pintaan ja kuorma puretaan tietyn ajan kuluttua ja syvennyksen halkaisija mitataan testattavalla pinnalla.
Laskentakaava: Brinell-kovuusarvo on osamäärä, joka saadaan jakamalla kuorma sisennyksen pallomaisella pinta-alalla.
Rockwell-kovuus (HR):
Soveltamisala: Käytetään yleisesti materiaaleille, joilla on korkeampi kovuus, kuten kovuus lämpökäsittelyn jälkeen.
Testausperiaate: Samanlainen kuin Brinell-kovuus, mutta käyttämällä erilaisia antureita (timantti) ja erilaisia laskentamenetelmiä.
Tyypit: Sovelluksesta riippuen on olemassa HRC (korkean kovuuden materiaaleille), HRA, HRB ja muita tyyppejä.
Vickers-kovuus (HV):
Käyttöalue: Soveltuu mikroskooppianalyysiin.
Testausperiaate: Paina materiaalin pintaa alle 120 kg:n kuormalla ja nelikulmaisella vinoneliökartiolla, jonka kärkikulma on 136°, ja jaa materiaalin syvennyskuopan pinta-ala kuormitusarvolla saadaksesi Vickersin kovuusarvon.
Leebin kovuus (HL):
Ominaisuudet: Kannettava kovuusmittari, helppo mitata.
Testausperiaate: Käytä iskun kuulapään synnyttämää pomppimista kovuuspintaan osumisen jälkeen ja laske kovuus 1 mm:n etäisyydellä näytteen pinnasta ja iskunopeuteen kohdistuvan iskun nopeuden suhteesta.
Postitusaika: 25.9.2024
