Strekktesten av styrke brukes hovedsakelig til å bestemme metallmaterialers evne til å motstå skade under strekkprosessen, og er en av de viktige indikatorene for å evaluere de mekaniske egenskapene til materialer.
1. Strekkprøve
Strekktesten er basert på de grunnleggende prinsippene for materialmekanikk. Ved å påføre en strekkbelastning på materialprøven under visse forhold, forårsaker det strekkdeformasjon til prøven går i stykker. Under testen registreres deformasjonen av den eksperimentelle prøven under forskjellige belastninger og maksimal belastning når prøven går i stykker, for å beregne flytegrensen, strekkstyrken og andre ytelsesindikatorer for materialet.
Spenning σ = F/A
σ er strekkfastheten (MPa)
F er strekkbelastningen (N)
A er tverrsnittsarealet til prøven
2. Strekkkurve
Analyse av flere stadier av strekkprosessen:
en. I OP-stadiet med liten belastning er forlengelsen i et lineært forhold til belastningen, og Fp er maksimal belastning for å opprettholde den rette linjen.
b. Etter at lasten overstiger Fp, begynner strekkkurven å ta et ikke-lineært forhold. Prøven går inn i det innledende deformasjonsstadiet, og belastningen fjernes, og prøven kan gå tilbake til sin opprinnelige tilstand og deformeres elastisk.
c. Etter at lasten overstiger Fe, fjernes lasten, en del av deformasjonen gjenopprettes, og en del av gjenværende deformasjon beholdes, som kalles plastisk deformasjon. Fe kalles den elastiske grensen.
d. Når belastningen øker ytterligere, viser strekkkurven sagtann. Når belastningen ikke øker eller reduseres, kalles fenomenet med kontinuerlig forlengelse av forsøksprøven å gi. Etter å ha gitt seg, begynner prøven å gjennomgå åpenbar plastisk deformasjon.
e. Etter ettergivelse viser prøven en økning i deformasjonsmotstand, arbeidsherding og deformasjonsforsterkning. Når belastningen når Fb, krymper den samme delen av prøven kraftig. Fb er styrkegrensen.
f. Krympingsfenomenet fører til en reduksjon i prøvens bæreevne. Når lasten når Fk, brytes prøven. Dette kalles bruddbelastningen.
Yield Styrke
Flytegrense er den maksimale spenningsverdien som et metallmateriale kan tåle fra begynnelsen av plastisk deformasjon til fullstendig brudd når det utsettes for ytre kraft. Denne verdien markerer det kritiske punktet hvor materialet går over fra det elastiske deformasjonsstadiet til det plastiske deformasjonsstadiet.
Klassifikasjon
Øvre flytegrense: refererer til den maksimale spenningen til prøven før kraften faller for første gang når flyting oppstår.
Lavere flytegrense: refererer til minimumsspenningen i flytestadiet når den innledende forbigående effekten ignoreres. Siden verdien av den nedre flytegrensen er relativt stabil, brukes den vanligvis som en indikator på materialmotstand, kalt flytegrense eller flytegrense.
Beregningsformel
For øvre flytegrense: R = F / Sₒ, hvor F er maksimal kraft før kraften faller for første gang i flytestadiet, og Sₒ er prøvens opprinnelige tverrsnittsareal.
For lavere flytegrense: R = F / Sₒ, hvor F er minimumskraften F ignorerer den innledende transiente effekten, og Sₒ er prøvens opprinnelige tverrsnittsareal.
Enhet
Enheten for flytegrense er vanligvis MPa (megapascal) eller N/mm² (Newton per kvadratmillimeter).
Eksempel
Ta lavkarbonstål som et eksempel, dens ytelsesgrense er vanligvis 207 MPa. Når det utsettes for en ytre kraft som er større enn denne grensen, vil lavkarbonstål produsere permanent deformasjon og kan ikke gjenopprettes; når det utsettes for en ytre kraft mindre enn denne grensen, kan lavkarbonstål gå tilbake til sin opprinnelige tilstand.
Flytestyrke er en av de viktige indikatorene for å evaluere de mekaniske egenskapene til metallmaterialer. Det gjenspeiler materialenes evne til å motstå plastisk deformasjon når de utsettes for ytre krefter.
Strekkstyrke
Strekkfasthet er et materiales evne til å motstå skade under strekkbelastning, som spesifikt uttrykkes som den maksimale spenningsverdien som materialet tåler under strekkprosessen. Når strekkspenningen på materialet overstiger strekkfastheten, vil materialet gjennomgå plastisk deformasjon eller brudd.
Beregningsformel
Beregningsformelen for strekkfasthet (σt) er:
σt = F / A
Hvor F er den maksimale strekkkraften (Newton, N) som prøven tåler før den brytes, og A er det opprinnelige tverrsnittsarealet til prøven (kvadratmillimeter, mm²).
Enhet
Enheten for strekkfasthet er vanligvis MPa (megapascal) eller N/mm² (Newton per kvadratmillimeter). 1 MPa er lik 1 000 000 Newton per kvadratmeter, som også er lik 1 N/mm².
Påvirkningsfaktorer
Strekkfasthet påvirkes av mange faktorer, inkludert den kjemiske sammensetningen, mikrostrukturen, varmebehandlingsprosessen, prosesseringsmetoden osv. Ulike materialer har forskjellige strekkstyrker, så i praktiske applikasjoner er det nødvendig å velge passende materialer basert på de mekaniske egenskapene til materialer.
Praktisk anvendelse
Strekkfasthet er en svært viktig parameter innen materialvitenskap og ingeniørfag, og brukes ofte til å evaluere de mekaniske egenskapene til materialer. Når det gjelder konstruksjonsdesign, materialvalg, sikkerhetsvurdering etc. er strekkfasthet en faktor som må vurderes. For eksempel i konstruksjonsteknikk er strekkfastheten til stål en viktig faktor for å avgjøre om det tåler belastninger; innen romfart er strekkfastheten til lette og høyfaste materialer nøkkelen til å sikre flysikkerheten.
Tretthetsstyrke:
Metalltretthet refererer til prosessen der materialer og komponenter gradvis produserer lokal permanent kumulativ skade på ett eller flere steder under syklisk stress eller syklisk belastning, og sprekker eller plutselige fullstendige brudd oppstår etter et visst antall sykluser.
Funksjoner
Plutselig i tid: Metalltretthetssvikt oppstår ofte plutselig i løpet av kort tid uten tydelige tegn.
Lokalitet i stilling: Tretthetssvikt oppstår vanligvis i lokale områder hvor stress er konsentrert.
Følsomhet for miljø og defekter: Metalltretthet er svært følsomt for miljøet og små defekter inne i materialet, som kan akselerere utmattelsesprosessen.
Påvirkningsfaktorer
Spenningsamplitude: Størrelsen på spenningen påvirker direkte utmattelsestiden til metallet.
Gjennomsnittlig spenningsstørrelse: Jo større gjennomsnittlig spenning, desto kortere er utmattelseslevetiden til metallet.
Antall sykluser: Jo flere ganger metallet er under syklisk påkjenning eller belastning, desto mer alvorlig blir akkumuleringen av tretthetsskader.
Forebyggende tiltak
Optimaliser materialvalg: Velg materialer med høyere utmattelsesgrenser.
Redusere spenningskonsentrasjon: Reduser spenningskonsentrasjon gjennom strukturell design eller prosesseringsmetoder, som bruk av avrundede hjørneoverganger, økende tverrsnittsdimensjoner, etc.
Overflatebehandling: Polering, sprøyting etc. på metalloverflaten for å redusere overflatedefekter og forbedre utmattelsesstyrken.
Inspeksjon og vedlikehold: Inspiser metallkomponenter regelmessig for raskt å oppdage og reparere defekter som sprekker; vedlikeholde deler som er utsatt for tretthet, som å bytte ut slitte deler og forsterke svake ledd.
Metalltretthet er en vanlig metallfeilmodus, som er preget av plutselighet, lokalitet og følsomhet for miljøet. Spenningsamplitude, gjennomsnittlig spenningsstørrelse og antall sykluser er hovedfaktorene som påvirker metalltretthet.
SN-kurve: beskriver utmattingstiden til materialer under ulike spenningsnivåer, der S representerer spenning og N representerer antall spenningssykluser.
Formel for tretthetskoeffisient:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Der (Ka) er belastningsfaktoren, (Kb) er størrelsesfaktoren, (Kc) er temperaturfaktoren, (Kd) er overflatekvalitetsfaktoren og (Ke) er pålitelighetsfaktoren.
SN-kurve matematisk uttrykk:
(\sigma^m N = C)
Der (\sigma) er spenning, N er antall spenningssykluser, og m og C er materialkonstanter.
Beregningstrinn
Bestem materialkonstantene:
Bestem verdiene til m og C gjennom eksperimenter eller ved å referere til relevant litteratur.
Bestem spenningskonsentrasjonsfaktoren: Vurder den faktiske formen og størrelsen på delen, samt spenningskonsentrasjonen forårsaket av fileter, kilespor, etc., for å bestemme spenningskonsentrasjonsfaktoren K. Beregn utmattingsstyrke: I henhold til SN-kurven og spenningen konsentrasjonsfaktor, kombinert med konstruksjonens levetid og arbeidsspenningsnivå for delen, beregner utmattingsstyrken.
2. Plastisitet:
Plastisitet refererer til egenskapen til et materiale som, når det utsettes for ytre kraft, produserer permanent deformasjon uten å bryte når den ytre kraften overskrider dens elastiske grense. Denne deformasjonen er irreversibel, og materialet vil ikke gå tilbake til sin opprinnelige form selv om den ytre kraften fjernes.
Plastisitetsindeks og dens beregningsformel
Forlengelse (δ)
Definisjon: Forlengelse er prosentandelen av den totale deformasjonen av måleseksjonen etter at prøven er strekkbrudd til den opprinnelige målelengden.
Formel: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Hvor L0 er den opprinnelige målelengden til prøven;
L1 er målerlengden etter at prøven er brutt.
Segmentell reduksjon (Ψ)
Definisjon: Segmentreduksjonen er prosentandelen av den maksimale reduksjonen i tverrsnittsarealet ved innskjæringspunktet etter at prøven er brutt til det opprinnelige tverrsnittsarealet.
Formel: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
Hvor F0 er det opprinnelige tverrsnittsarealet til prøven;
F1 er tverrsnittsarealet ved innskjæringspunktet etter at prøven er brutt.
3. Hardhet
Metallhardhet er en mekanisk egenskapsindeks for å måle hardheten til metallmaterialer. Det indikerer evnen til å motstå deformasjon i det lokale volumet på metalloverflaten.
Klassifisering og representasjon av metallhardhet
Metallhardhet har en rekke klassifiserings- og representasjonsmetoder i henhold til forskjellige testmetoder. Inkluderer hovedsakelig følgende:
Brinell hardhet (HB):
Bruksområde: Vanligvis brukt når materialet er mykere, som ikke-jernholdige metaller, stål før varmebehandling eller etter gløding.
Testprinsipp: Med en viss størrelse på testbelastning, presses en herdet stålkule eller karbidkule med en viss diameter inn i overflaten av metallet som skal testes, og lasten losses etter en spesifisert tid, og diameteren på fordypningen på overflaten som skal testes måles.
Beregningsformel: Brinell-hardhetsverdien er kvotienten som oppnås ved å dele belastningen med det sfæriske overflatearealet til fordypningen.
Rockwell hardhet (HR):
Bruksområde: Vanligvis brukt for materialer med høyere hardhet, som hardhet etter varmebehandling.
Testprinsipp: Ligner på Brinell-hardhet, men bruker forskjellige prober (diamant) og forskjellige beregningsmetoder.
Typer: Avhengig av bruksområdet finnes det HRC (for materialer med høy hardhet), HRA, HRB og andre typer.
Vickers hardhet (HV):
Anvendelsesområde: Egnet for mikroskopanalyse.
Testprinsipp: Trykk på materialoverflaten med en belastning på mindre enn 120 kg og en firkantet kjegleinnrykker med diamant med en topvinkel på 136°, og del overflatearealet til materialinnrykkgropen med belastningsverdien for å få Vickers hardhetsverdi.
Leeb hardhet (HL):
Egenskaper: Bærbar hardhetstester, lett å måle.
Testprinsipp: Bruk sprett som genereres av slagkulehodet etter å ha støtt på hardhetsoverflaten, og beregn hardheten ved forholdet mellom tilbakeslagshastigheten til stansen ved 1 mm fra prøveoverflaten til slaghastigheten.
Innleggstid: 25. september 2024
