Skúška pevnosti v ťahu sa používa hlavne na určenie schopnosti kovových materiálov odolávať poškodeniu počas procesu naťahovania a je jedným z dôležitých ukazovateľov na hodnotenie mechanických vlastností materiálov.
1. Skúška ťahom
Skúška ťahom je založená na základných princípoch mechaniky materiálov. Aplikáciou ťahového zaťaženia na vzorku materiálu za určitých podmienok sa spôsobí ťahová deformácia, až kým sa vzorka nerozbije. Počas skúšky sa zaznamenáva deformácia experimentálnej vzorky pri rôznych zaťaženiach a maximálne zaťaženie, pri ktorom sa vzorka rozbije, aby sa vypočítala medza klzu, pevnosť v ťahu a ďalšie výkonnostné ukazovatele materiálu.
Napätie σ = F/A
σ je pevnosť v ťahu (MPa)
F je ťahové zaťaženie (N)
A je plocha prierezu vzorky
2. Krivka ťahu
Analýza niekoľkých fáz procesu naťahovania:
a. Vo fáze OP s malým zaťažením je predĺženie v lineárnom vzťahu so zaťažením a Fp je maximálne zaťaženie potrebné na udržanie priamky.
b. Keď zaťaženie prekročí Fp, krivka ťahu začína nadobúdať nelineárny vzťah. Vzorka vstúpi do počiatočnej fázy deformácie a po odstránení zaťaženia sa vzorka môže vrátiť do pôvodného stavu a elasticky sa deformovať.
c. Keď zaťaženie prekročí Fe, zaťaženie sa odstráni, časť deformácie sa obnoví a časť zvyškovej deformácie sa zachová, čo sa nazýva plastická deformácia. Fe sa nazýva medza pružnosti.
d. Keď sa zaťaženie ďalej zvyšuje, krivka ťahu vykazuje pílovitý tvar. Keď sa zaťaženie nezvyšuje ani neklesá, jav kontinuálneho predlžovania experimentálnej vzorky sa nazýva tečenie. Po tečení vzorka začína podliehať zjavnej plastickej deformácii.
e. Po deformácii vzorka vykazuje zvýšenie deformačného odporu, spevnenia a deformačného spevnenia. Keď zaťaženie dosiahne Fb, tá istá časť vzorky sa prudko zmrští. Fb je medza pevnosti.
f. Fenomén zmršťovania vedie k zníženiu únosnosti vzorky. Keď zaťaženie dosiahne Fk, vzorka sa zlomí. Toto sa nazýva lomové zaťaženie.
Medza klzu
Medza klzu je maximálna hodnota napätia, ktorú kovový materiál znesie od začiatku plastickej deformácie až po úplné lomenie pri pôsobení vonkajšej sily. Táto hodnota označuje kritický bod, v ktorom materiál prechádza zo štádia elastickej deformácie do štádia plastickej deformácie.
Klasifikácia
Horná medza klzu: vzťahuje sa na maximálne napätie vzorky predtým, ako sila prvýkrát klesne, keď dôjde k poddajnosti.
Dolná medza klzu: vzťahuje sa na minimálne napätie v štádiu klzu, keď sa zanedbáva počiatočný prechodový efekt. Keďže hodnota dolnej medze klzu je relatívne stabilná, zvyčajne sa používa ako indikátor odolnosti materiálu, nazývaný medza klzu alebo medza klzu.
Výpočetný vzorec
Pre hornú medzu klzu: R = F / Sₒ, kde F je maximálna sila predtým, ako sila prvýkrát klesne v štádiu klzu, a Sₒ je pôvodná plocha prierezu vzorky.
Pre nižšiu medzu klzu: R = F / Sₒ, kde F je minimálna sila F bez zohľadnenia počiatočného prechodového efektu a Sₒ je pôvodná plocha prierezu vzorky.
Jednotka
Jednotkou medze klzu je zvyčajne MPa (megapascal) alebo N/mm² (Newton na štvorcový milimeter).
Príklad
Vezmime si ako príklad nízkouhlíkovú oceľ, jej medza klzu je zvyčajne 207 MPa. Pri pôsobení vonkajšej sily väčšej ako je táto medza nízkouhlíková oceľ spôsobí trvalú deformáciu a nedá sa obnoviť; pri pôsobení vonkajšej sily menšej ako je táto medza sa nízkouhlíková oceľ môže vrátiť do pôvodného stavu.
Medza klzu je jedným z dôležitých ukazovateľov na hodnotenie mechanických vlastností kovových materiálov. Odráža schopnosť materiálov odolávať plastickej deformácii pri pôsobení vonkajších síl.
Pevnosť v ťahu
Pevnosť v ťahu je schopnosť materiálu odolávať poškodeniu pri ťahovom zaťažení, ktorá sa konkrétne vyjadruje ako maximálna hodnota napätia, ktorú materiál znesie počas procesu ťahania. Keď ťahové napätie na materiál prekročí jeho pevnosť v ťahu, materiál sa plasticky deformuje alebo lomí.
Výpočetný vzorec
Výpočtový vzorec pre pevnosť v ťahu (σt) je:
σt = F / A
Kde F je maximálna ťahová sila (Newton, N), ktorú vzorka znesie pred pretrhnutím, a A je pôvodná plocha prierezu vzorky (štvorcový milimeter, mm²).
Jednotka
Jednotkou pevnosti v ťahu je zvyčajne MPa (megapascal) alebo N/mm² (Newton na štvorcový milimeter). 1 MPa sa rovná 1 000 000 Newtonom na štvorcový meter, čo sa tiež rovná 1 N/mm².
Ovplyvňujúce faktory
Pevnosť v ťahu je ovplyvnená mnohými faktormi vrátane chemického zloženia, mikroštruktúry, procesu tepelného spracovania, spôsobu spracovania atď. Rôzne materiály majú rôznu pevnosť v ťahu, takže v praktických aplikáciách je potrebné vybrať vhodné materiály na základe ich mechanických vlastností.
Praktické využitie
Pevnosť v ťahu je veľmi dôležitým parametrom v oblasti materiálovej vedy a inžinierstva a často sa používa na hodnotenie mechanických vlastností materiálov. Z hľadiska konštrukčného návrhu, výberu materiálu, posudzovania bezpečnosti atď. je pevnosť v ťahu faktorom, ktorý je potrebné zvážiť. Napríklad v stavebníctve je pevnosť v ťahu ocele dôležitým faktorom pri určovaní, či dokáže odolať zaťaženiu; v oblasti leteckého priemyslu je pevnosť v ťahu ľahkých a vysokopevnostných materiálov kľúčom k zabezpečeniu bezpečnosti lietadiel.
Únavová pevnosť:
Únava kovu sa vzťahuje na proces, pri ktorom materiály a súčiastky postupne spôsobujú lokálne trvalé kumulatívne poškodenie na jednom alebo viacerých miestach pri cyklickom namáhaní alebo cyklickom deformácii a po určitom počte cyklov dochádza k prasklinám alebo náhlym úplným lomom.
Funkcie
Náhle obdobie: K únavovému zlyhaniu kovu často dochádza náhle v krátkom časovom období bez zjavných príznakov.
Lokalita v polohe: Únavové porušenie sa zvyčajne vyskytuje v lokálnych oblastiach, kde je koncentrované napätie.
Citlivosť na prostredie a defekty: Únava kovu je veľmi citlivá na prostredie a drobné defekty vo vnútri materiálu, čo môže proces únavy urýchliť.
Ovplyvňujúce faktory
Amplitúda napätia: Veľkosť napätia priamo ovplyvňuje únavovú životnosť kovu.
Priemerná veľkosť napätia: Čím väčšie je priemerné napätie, tým kratšia je únavová životnosť kovu.
Počet cyklov: Čím viackrát je kov vystavený cyklickému namáhaniu alebo deformácii, tým závažnejšie je nahromadenie únavového poškodenia.
Preventívne opatrenia
Optimalizujte výber materiálu: Vyberte materiály s vyššími medzami únavy.
Zníženie koncentrácie napätia: Znížte koncentráciu napätia pomocou konštrukčného návrhu alebo metód spracovania, ako je použitie zaoblených rohových prechodov, zväčšenie prierezových rozmerov atď.
Povrchová úprava: Leštenie, striekanie atď. na kovovom povrchu na zníženie povrchových defektov a zlepšenie únavovej pevnosti.
Kontrola a údržba: Pravidelne kontrolujte kovové komponenty, aby ste včas odhalili a opravili chyby, ako sú praskliny; udržiavajte súčiastky náchylné na únavu, napríklad výmenou opotrebovaných dielov a posilňovaním slabých článkov.
Únava kovu je bežný spôsob porušenia kovu, ktorý sa vyznačuje náhlou, lokálnou a citlivou povahou prostredia. Amplitúda napätia, priemerná veľkosť napätia a počet cyklov sú hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi únavu kovu.
SN krivka: opisuje únavovú životnosť materiálov pri rôznych úrovniach napätia, kde S predstavuje napätie a N predstavuje počet cyklov napätia.
Vzorec pre výpočet koeficientu únavovej pevnosti:
(Kf = Ka ∫ Kb ∫ Kc ∫ Kd ∫ Ke)
Kde (Ka) je faktor zaťaženia, (Kb) je faktor veľkosti, (Kc) je teplotný faktor, (Kd) je faktor kvality povrchu a (Ke) je faktor spoľahlivosti.
Matematický výraz SN krivky:
(\sigma^m N = C)
Kde (∞) je napätie, N je počet cyklov napätia a m a C sú materiálové konštanty.
Kroky výpočtu
Určte materiálové konštanty:
Hodnoty m a C určte experimentálne alebo na základe relevantnej literatúry.
Určenie faktora koncentrácie napätia: Na určenie faktora koncentrácie napätia K zohľadnite skutočný tvar a veľkosť dielu, ako aj koncentráciu napätia spôsobenú zaobleniami, drážkami atď. Výpočet únavovej pevnosti: Podľa krivky SN a faktora koncentrácie napätia v kombinácii s návrhovou životnosťou a úrovňou pracovného napätia dielu vypočítajte únavovú pevnosť.
2. Plasticita:
Plasticita sa vzťahuje na vlastnosť materiálu, že pri pôsobení vonkajšej sily vyvolá trvalú deformáciu bez zlomenia, keď vonkajšia sila prekročí svoju medzu pružnosti. Táto deformácia je nezvratná a materiál sa nevráti do pôvodného tvaru, ani keď vonkajšia sila zmizne.
Index plasticity a vzorec pre jeho výpočet
Predĺženie (δ)
Definícia: Predĺženie je percento celkovej deformácie meranej časti po ťahovom lome vzorky na pôvodnú meranú dĺžku.
Vzorec: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Kde L0 je pôvodná merná dĺžka vzorky;
L1 je merná dĺžka po pretrhnutí vzorky.
Segmentálna redukcia (Ψ)
Definícia: Segmentálna redukcia je percento maximálnej redukcie plochy prierezu v bode zúženia po pretrhnutí vzorky na pôvodnú plochu prierezu.
Vzorec: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
Kde F0 je pôvodná plocha prierezu vzorky;
F1 je plocha prierezu v mieste zúženia po pretrhnutí vzorky.
3. Tvrdosť
Tvrdosť kovu je index mechanickej vlastnosti, ktorý meria tvrdosť kovových materiálov. Udáva schopnosť odolávať deformácii v lokálnom objeme na povrchu kovu.
Klasifikácia a znázornenie tvrdosti kovu
Tvrdosť kovu má rôzne klasifikácie a metódy znázornenia podľa rôznych testovacích metód. Patria sem najmä:
Tvrdosť podľa Brinella (HB):
Rozsah použitia: Všeobecne sa používa, keď je materiál mäkší, ako napríklad neželezné kovy, oceľ pred tepelným spracovaním alebo po žíhaní.
Princíp testu: Pri určitej veľkosti skúšobného zaťaženia sa do povrchu skúšaného kovu vtlačí kalená oceľová guľôčka alebo karbidová guľôčka určitého priemeru, po uplynutí stanoveného času sa zaťaženie odľahčí a zmeria sa priemer vtlačku na skúšanom povrchu.
Výpočetný vzorec: Hodnota tvrdosti podľa Brinella je podiel získaný vydelením zaťaženia guľovou plochou vtlačku.
Tvrdosť podľa Rockwella (HR):
Rozsah použitia: Všeobecne sa používa pre materiály s vyššou tvrdosťou, napríklad tvrdosťou po tepelnom spracovaní.
Princíp testu: Podobný tvrdosti podľa Brinella, ale s použitím rôznych sond (diamantových) a rôznych metód výpočtu.
Typy: V závislosti od použitia existujú HRC (pre materiály s vysokou tvrdosťou), HRA, HRB a ďalšie typy.
Tvrdosť podľa Vickersa (HV):
Rozsah použitia: Vhodné na mikroskopickú analýzu.
Princíp testu: Na povrch materiálu sa pôsobí zaťažením menším ako 120 kg diamantovým štvorcovým kužeľovým vtlačovacím telieskom s vrcholovým uhlom 136° a plocha vtlačenej jamky materiálu sa vydelí hodnotou zaťaženia, čím sa získa hodnota tvrdosti podľa Vickersa.
Tvrdosť podľa Leeba (HL):
Vlastnosti: Prenosný tvrdomer, ľahko merateľný.
Princíp testu: Použite odskok generovaný úderovou guľovou hlavou po náraze na tvrdý povrch a vypočítajte tvrdosť pomerom rýchlosti odskoku razníka vo vzdialenosti 1 mm od povrchu vzorky k rýchlosti nárazu.
Čas uverejnenia: 25. septembra 2024
