Strekkprøve brukes hovedsakelig til å bestemme metallmaterialers evne til å motstå skade under strekkprosessen, og er en av de viktigste indikatorene for å evaluere materialers mekaniske egenskaper.
1. Strekktest
Strekktesten er basert på de grunnleggende prinsippene for materialmekanikk. Ved å påføre en strekklast på materialprøven under visse forhold, forårsaker den strekkdeformasjon inntil prøven knekker. Under testen registreres deformasjonen av den eksperimentelle prøven under forskjellige belastninger og den maksimale belastningen når prøven knekker, for å beregne flytegrense, strekkfasthet og andre ytelsesindikatorer for materialet.
Spenning σ = F/A
σ er strekkfastheten (MPa)
F er strekkbelastningen (N)
A er tverrsnittsarealet av prøven
2. Strekkkurve
Analyse av flere stadier i strekkprosessen:
a. I OP-stadiet med liten last er forlengelsen i et lineært forhold til lasten, og Fp er den maksimale lasten for å opprettholde den rette linjen.
b. Etter at lasten overstiger Fp, begynner strekkkurven å anta et ikke-lineært forhold. Prøven går inn i det innledende deformasjonsstadiet, og lasten fjernes, og prøven kan gå tilbake til sin opprinnelige tilstand og deformeres elastisk.
c. Etter at lasten overstiger Fe, fjernes lasten, deler av deformasjonen gjenopprettes, og deler av den gjenværende deformasjonen beholdes, noe som kalles plastisk deformasjon. Fe kalles elastisitetsgrensen.
d. Når lasten øker ytterligere, viser strekkkurven sagtann. Når lasten verken øker eller avtar, kalles fenomenet med kontinuerlig forlengelse av forsøksprøven flyteevne. Etter flyteevnen begynner prøven å gjennomgå tydelig plastisk deformasjon.
e. Etter flyt viser prøven en økning i deformasjonsmotstand, arbeidsherding og deformasjonsforsterkning. Når lasten 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, brekker prøven. Dette kalles bruddlasten.
Flytegrense
Flytegrense er den maksimale spenningsverdien et metallmateriale kan motstå fra begynnelsen av plastisk deformasjon til fullstendig brudd når det utsettes for ytre kraft. Denne verdien markerer det kritiske punktet der materialet går over fra det elastiske deformasjonsstadiet til det plastiske deformasjonsstadiet.
Klassifikasjon
Øvre flytegrense: refererer til prøvens maksimale spenning før kraften faller for første gang når flytegrense oppstår.
Lavere flytegrense: refererer til minimumsspenningen i flytetrinnet når den innledende transiente 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 den maksimale kraften før kraften faller for første gang i flytegrensefasen, og Sₒ er det opprinnelige tverrsnittsarealet av prøven.
For lavere flytegrense: R = F / Sₒ, hvor F er minimumskraften F uten hensyn til den innledende transiente effekten, og Sₒ er det opprinnelige tverrsnittsarealet av prøven.
Enhet
Enheten for flytegrense er vanligvis MPa (megapascal) eller N/mm² (Newton per kvadratmillimeter).
Eksempel
Ta lavkarbonstål som eksempel, flytegrensen er vanligvis 207 MPa. Når lavkarbonstål utsettes for en ekstern kraft større enn denne grensen, vil det produsere permanent deformasjon og kan ikke gjenopprettes. Når lavkarbonstål utsettes for en ekstern kraft mindre enn denne grensen, kan det gå tilbake til sin opprinnelige tilstand.
Flytegrense er en av de viktigste indikatorene for å evaluere de mekaniske egenskapene til metallmaterialer. Den gjenspeiler materialenes evne til å motstå plastisk deformasjon når de utsettes for ytre krefter.
Strekkfasthet
Strekkfasthet er et materiales evne til å motstå skade under strekkbelastning, som spesifikt uttrykkes som den maksimale spenningsverdien som materialet kan tåle under strekkprosessen. Når strekkspenningen på materialet overstiger strekkfastheten, vil materialet gjennomgå plastisk deformasjon eller brudd.
Beregningsformel
Beregningsformelen for strekkfasthet (σt) er:
σt = F / A
Der F er den maksimale strekkraften (Newton, N) som prøven kan motstå før den brekker, og A er prøvens opprinnelige tverrsnittsareal (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.
Påvirkende faktorer
Strekkfasthet påvirkes av mange faktorer, inkludert kjemisk sammensetning, mikrostruktur, varmebehandlingsprosess, bearbeidingsmetode osv. Ulike materialer har ulik strekkfasthet, så i praktiske anvendelser er det nødvendig å velge passende materialer basert på materialenes mekaniske egenskaper.
Praktisk anvendelse
Strekkfasthet er en svært viktig parameter innen materialvitenskap og -teknikk, og brukes ofte til å evaluere materialers mekaniske egenskaper. Når det gjelder strukturell design, materialvalg, sikkerhetsvurdering osv., er strekkfasthet en faktor som må vurderes. For eksempel, innen konstruksjonsteknikk er strekkfastheten til stål en viktig faktor for å avgjøre om det tåler belastninger; innen luftfart er strekkfastheten til lette og høyfaste materialer nøkkelen til å sikre flysikkerheten.
Utmattelsesstyrke:
Metallutmatting refererer til prosessen der materialer og komponenter gradvis produserer lokal permanent kumulativ skade på ett eller flere steder under syklisk belastning eller syklisk belastning, og sprekker eller plutselige fullstendige brudd oppstår etter et visst antall sykluser.
Funksjoner
Plutselig oppståelse i tid: Metallutmattingsbrudd oppstår ofte plutselig i løpet av kort tid uten åpenbare tegn.
Lokalitet i posisjon: Utmattingsbrudd oppstår vanligvis i lokale områder der stress er konsentrert.
Miljøfølsomhet og defekter: Metallutmatting er svært følsomt for miljøet og små defekter inne i materialet, noe som kan akselerere utmattingsprosessen.
Påvirkende faktorer
Spenningsamplitude: Størrelsen på spenningen påvirker direkte metallets utmattingslevetid.
Gjennomsnittlig spenningsstørrelse: Jo større gjennomsnittlig spenning, desto kortere blir metallets utmattingslevetid.
Antall sykluser: Jo flere ganger metallet er under syklisk belastning eller tøyning, desto mer alvorlig er akkumuleringen av utmattingsskader.
Forebyggende tiltak
Optimaliser materialvalg: Velg materialer med høyere utmattingsgrenser.
Redusere spenningskonsentrasjon: Redusere spenningskonsentrasjon gjennom strukturell design eller bearbeidingsmetoder, for eksempel bruk av avrundede hjørneoverganger, økning av tverrsnittsdimensjoner osv.
Overflatebehandling: Polering, sprøyting osv. på metalloverflaten for å redusere overflatedefekter og forbedre utmattingsstyrken.
Inspeksjon og vedlikehold: Inspiser metallkomponenter regelmessig for raskt å oppdage og reparere defekter som sprekker; vedlikehold deler som er utsatt for utmattelse, for eksempel ved å bytte ut slitte deler og forsterke svake ledd.
Metallutmatting er en vanlig metallbruddsmåte, som kjennetegnes av plutselighet, lokalitet og følsomhet for miljøet. Spenningsamplitude, gjennomsnittlig spenningsstørrelse og antall sykluser er hovedfaktorene som påvirker metallutmatting.
SN-kurve: beskriver utmattingslevetiden til materialer under forskjellige spenningsnivåer, der S representerer spenning og N representerer antall spenningssykluser.
Formel for utmattingsfasthetskoeffisient:
(Kf = Ka ⋅ Kb ⋅ Kc ⋅ Kd ⋅ Ke)
Der (Ka) er lastfaktoren, (Kb) er størrelsesfaktoren, (Kc) er temperaturfaktoren, (Kd) er overflatekvalitetsfaktoren og (Ke) er pålitelighetsfaktoren.
Matematisk uttrykk for SN-kurve:
(\sigma^m N = C)
Hvor (ρ) er spenning, N er antall spenningssykluser, og m og C er materialkonstanter.
Beregningstrinn
Bestem materialkonstantene:
Bestem verdiene av 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 osv., for å bestemme spenningskonsentrasjonsfaktoren K. Beregn utmattingsfastheten: I henhold til SN-kurven og spenningskonsentrasjonsfaktoren, kombinert med delens designlevetid og driftsspenningsnivå, beregn utmattingsfastheten.
2. Plastisitet:
Plastisitet refererer til den egenskapen til et materiale at det, når det utsettes for ytre kraft, produserer permanent deformasjon uten å brekke når den ytre kraften overstiger dets elastisitetsgrense. 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 strekkbruddert til den opprinnelige målelengden.
Formel: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Der L0 er den opprinnelige målelengden på prøven;
L1 er målelengden etter at prøven er brukket.
Segmentreduksjon (Ψ)
Definisjon: Segmentreduksjonen er prosentandelen av den maksimale reduksjonen i tverrsnittsarealet ved innsnevringspunktet etter at prøven er brutt til det opprinnelige tverrsnittsarealet.
Formel: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
Hvor F0 er det opprinnelige tverrsnittsarealet av prøven;
F1 er tverrsnittsarealet ved halsingspunktet etter at prøven er brukket.
3. Hardhet
Metallhardhet er en mekanisk egenskapsindeks for å måle hardheten til metallmaterialer. Den indikerer evnen til å motstå deformasjon i det lokale volumet på metalloverflaten.
Klassifisering og representasjon av metallhardhet
Det finnes en rekke klassifiserings- og representasjonsmetoder for metallhardhet i henhold til ulike testmetoder. De omfatter hovedsakelig følgende:
Brinell-hardhet (HB):
Bruksområde: Brukes vanligvis når materialet er mykere, for eksempel ikke-jernholdige metaller, stål før varmebehandling eller etter gløding.
Testprinsipp: Med en viss størrelse på testbelastningen presses en herdet stålkule eller karbidkule med en viss diameter inn i overflaten av metallet som skal testes, og lasten avlastes etter en bestemt tid, og diameteren på fordypningen på overflaten som skal testes måles.
Beregningsformel: Brinell-hardhetsverdien er kvotienten som oppnås ved å dele lasten på det sfæriske overflatearealet av fordypningen.
Rockwell-hardhet (HR):
Bruksområde: Vanligvis brukt til materialer med høyere hardhet, for eksempel hardhet etter varmebehandling.
Testprinsipp: Ligner på Brinell-hardhet, men bruker andre sonder (diamant) og andre beregningsmetoder.
Typer: Avhengig av bruksområdet finnes det HRC (for materialer med høy hardhet), HRA, HRB og andre typer.
Vickers-hardhet (HV):
Bruksområde: Egnet for mikroskopanalyse.
Testprinsipp: Press materialoverflaten med en belastning på mindre enn 120 kg og en diamantformet firkantet kjegleformet inntrykker med en toppunktvinkel på 136°, og del overflatearealet av materialinntrykkgropen med belastningsverdien for å få Vickers-hardhetsverdien.
Leeb-hardhet (HL):
Funksjoner: Bærbar hardhetsmåler, enkel å måle.
Testprinsipp: Bruk sprett som genereres av slagkulehodet etter å ha slått hardhetsoverflaten, og beregn hardheten ved forholdet mellom returhastigheten til stemplet 1 mm fra prøveoverflaten og slaghastigheten.
Publisert: 25. september 2024
