La prova de resistència a la tracció s'utilitza principalment per determinar la capacitat dels materials metàl·lics de resistir els danys durant el procés d'estirament i és un dels indicadors importants per avaluar les propietats mecàniques dels materials.
1. Assaig de tracció
L'assaig de tracció es basa en els principis bàsics de la mecànica de materials. En aplicar una càrrega de tracció a la mostra de material en determinades condicions, provoca una deformació de tracció fins que la mostra es trenca. Durant la prova, es registra la deformació de la mostra experimental sota diferents càrregues i la càrrega màxima quan es trenca la mostra, per tal de calcular la resistència elàstica, la resistència a la tracció i altres indicadors de rendiment del material.
Tensió σ = F/A
σ és la resistència a la tracció (MPa)
F és la càrrega de tracció (N)
A és l'àrea de la secció transversal de la mostra
2. Corba de tracció
Anàlisi de diverses etapes del procés d'estirament:
a. En l'etapa OP amb una càrrega petita, l'allargament es troba en una relació lineal amb la càrrega, i Fp és la càrrega màxima per mantenir la línia recta.
b. Després que la càrrega supera Fp, la corba de tracció comença a tenir una relació no lineal. La mostra entra a l'etapa de deformació inicial, la càrrega s'elimina i la mostra pot tornar al seu estat original i deformar-se elàsticament.
c. Després que la càrrega superi Fe, s'elimina la càrrega, es restaura part de la deformació i es manté una part de la deformació residual, que s'anomena deformació plàstica. Fe s'anomena límit elàstic.
d. Quan la càrrega augmenta encara més, la corba de tracció mostra dents de serra. Quan la càrrega no augmenta ni disminueix, el fenomen d'allargament continu de la mostra experimental s'anomena cediment. Després de cedir, la mostra comença a patir una deformació plàstica evident.
e. Després de cedir, la mostra mostra un augment de la resistència a la deformació, l'enduriment per treball i l'enfortiment de la deformació. Quan la càrrega arriba a Fb, la mateixa part de la mostra es redueix bruscament. Fb és el límit de força.
f. El fenomen de contracció condueix a una disminució de la capacitat de càrrega de la mostra. Quan la càrrega arriba a Fk, la mostra es trenca. Això s'anomena càrrega de fractura.
Límit de rendiment
El límit elàstic és el valor de tensió màxima que pot suportar un material metàl·lic des de l'inici de la deformació plàstica fins a la fractura completa quan està sotmès a una força externa. Aquest valor marca el punt crític on el material passa de l'etapa de deformació elàstica a l'etapa de deformació plàstica.
Classificació
Límit de fluència superior: es refereix a la tensió màxima de la mostra abans que la força cau per primera vegada quan es produeix la fluència.
Menor límit de fluència: es refereix a la tensió mínima en l'etapa de fluència quan s'ignora l'efecte transitori inicial. Atès que el valor del límit de fluència inferior és relativament estable, normalment s'utilitza com a indicador de la resistència del material, anomenat límit de fluència o límit de fluència.
Fórmula de càlcul
Per a la força elàstica superior: R = F / Sₒ, on F és la força màxima abans que la força caigui per primera vegada en l'etapa de fluència, i Sₒ és l'àrea de la secció transversal original de la mostra.
Per a un límit elàstic més baix: R = F / Sₒ, on F és la força mínima F ignorant l'efecte transitori inicial, i Sₒ és l'àrea de la secció transversal original de la mostra.
Unitat
La unitat de límit elàstic sol ser MPa (megapascal) o N/mm² (Newton per mil·límetre quadrat).
Exemple
Prengui com a exemple l'acer baix en carboni, el seu límit de rendiment sol ser de 207MPa. Quan se sotmet a una força externa superior a aquest límit, l'acer baix en carboni produirà una deformació permanent i no es podrà restaurar; quan se sotmet a una força externa inferior a aquest límit, l'acer baix en carboni pot tornar al seu estat original.
El límit elàstic és un dels indicadors importants per avaluar les propietats mecàniques dels materials metàl·lics. Reflecteix la capacitat dels materials de resistir la deformació plàstica quan estan sotmesos a forces externes.
Resistència a la tracció
La resistència a la tracció és la capacitat d'un material per resistir danys sota càrrega de tracció, que s'expressa específicament com el valor de tensió màxima que pot suportar el material durant el procés de tracció. Quan la tensió de tracció del material supera la seva resistència a la tracció, el material patirà una deformació plàstica o fractura.
Fórmula de càlcul
La fórmula de càlcul de la resistència a la tracció (σt) és:
σt = F / A
On F és la força de tracció màxima (Newton, N) que pot suportar la prova abans de trencar-se, i A és l'àrea de la secció transversal original de la prova (mil·límetre quadrat, mm²).
Unitat
La unitat de resistència a la tracció sol ser MPa (megapascal) o N/mm² (Newton per mil·límetre quadrat). 1 MPa és igual a 1.000.000 de Newtons per metre quadrat, que també és igual a 1 N/mm².
Factors que influeixen
La resistència a la tracció es veu afectada per molts factors, com ara la composició química, la microestructura, el procés de tractament tèrmic, el mètode de processament, etc. Els diferents materials tenen diferents resistències a la tracció, per la qual cosa, en aplicacions pràctiques, és necessari seleccionar materials adequats en funció de les propietats mecàniques del materials.
Aplicació pràctica
La resistència a la tracció és un paràmetre molt important en el camp de la ciència i l'enginyeria dels materials, i sovint s'utilitza per avaluar les propietats mecàniques dels materials. Pel que fa al disseny estructural, selecció del material, avaluació de la seguretat, etc., la resistència a la tracció és un factor que cal tenir en compte. Per exemple, en enginyeria de la construcció, la resistència a la tracció de l'acer és un factor important per determinar si pot suportar càrregues; en l'àmbit aeroespacial, la resistència a la tracció dels materials lleugers i d'alta resistència és la clau per garantir la seguretat de les aeronaus.
Força a la fatiga:
La fatiga metàl·lica es refereix al procés en què els materials i components produeixen gradualment danys acumulats permanents locals en un o diversos llocs sota tensió cíclica o tensió cíclica, i es produeixen esquerdes o fractures completes sobtades després d'un cert nombre de cicles.
Característiques
Sobtada en el temps: la fallada per fatiga metàl·lica sovint es produeix de forma sobtada en un curt període de temps sense signes evidents.
Localitat en posició: la fallada per fatiga es produeix normalment a les zones locals on es concentra l'estrès.
Sensibilitat al medi ambient i defectes: la fatiga metàl·lica és molt sensible al medi ambient i a petits defectes dins del material, que poden accelerar el procés de fatiga.
Factors que influeixen
Amplitud de la tensió: la magnitud de la tensió afecta directament la vida a fatiga del metall.
Magnitud de la tensió mitjana: com més gran sigui la tensió mitjana, més curta serà la vida a fatiga del metall.
Nombre de cicles: com més vegades el metall està sota tensió o tensió cíclica, més greu serà l'acumulació de danys per fatiga.
Mesures preventives
Optimitzar la selecció de materials: seleccioneu materials amb límits de fatiga més alts.
Reducció de la concentració d'estrès: redueix la concentració de tensió mitjançant mètodes de disseny o processament estructurals, com ara l'ús de transicions de cantonades arrodonides, augmentar les dimensions de la secció transversal, etc.
Tractament superficial: polit, polvorització, etc. a la superfície metàl·lica per reduir els defectes superficials i millorar la resistència a la fatiga.
Inspecció i manteniment: inspeccioneu regularment els components metàl·lics per detectar i reparar ràpidament defectes com ara esquerdes; mantenir les peces propenses a la fatiga, com substituir les peces gastades i reforçar els enllaços febles.
La fatiga metàl·lica és un mode comú de fallada metàl·lica, que es caracteritza per la sobtada, la localitat i la sensibilitat al medi ambient. L'amplitud de la tensió, la magnitud mitjana de la tensió i el nombre de cicles són els principals factors que afecten la fatiga del metall.
Corba SN: descriu la vida a fatiga dels materials sota diferents nivells de tensió, on S representa la tensió i N representa el nombre de cicles de tensió.
Fórmula del coeficient de resistència a la fatiga:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
On (Ka) és el factor de càrrega, (Kb) és el factor de mida, (Kc) és el factor de temperatura, (Kd) és el factor de qualitat de la superfície i (Ke) és el factor de fiabilitat.
Expressió matemàtica de la corba SN:
(\sigma^m N = C)
On (\sigma) és la tensió, N és el nombre de cicles de tensió i m i C són constants materials.
Passos de càlcul
Determineu les constants materials:
Determineu els valors de m i C mitjançant experiments o consultant la literatura rellevant.
Determineu el factor de concentració d'esforços: considereu la forma i la mida reals de la peça, així com la concentració de tensions causada per filets, ranures, etc., per determinar el factor de concentració d'esforços K. Calcula la resistència a la fatiga: d'acord amb la corba SN i la tensió. El factor de concentració, combinat amb la vida útil de disseny i el nivell d'estrès de treball de la peça, calculen la resistència a la fatiga.
2. Plasticitat:
La plasticitat es refereix a la propietat d'un material que, quan està sotmès a una força externa, produeix una deformació permanent sense trencar-se quan la força externa supera el seu límit elàstic. Aquesta deformació és irreversible i el material no tornarà a la seva forma original encara que s'elimini la força externa.
Índex de plasticitat i la seva fórmula de càlcul
Elongació (δ)
Definició: l'allargament és el percentatge de la deformació total de la secció de calibre després que l'exemplar es fracturi per tracció fins a la longitud de calibre original.
Fórmula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
On L0 és la longitud de calibre original de la mostra;
L1 és la longitud de calibre després de trencar la mostra.
Reducció segmentària (Ψ)
Definició: la reducció segmentària és el percentatge de la reducció màxima de l'àrea de la secció transversal al punt de coll després de trencar l'espècimen fins a l'àrea de la secció transversal original.
Fórmula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
On F0 és l'àrea de la secció transversal original de la mostra;
F1 és l'àrea de la secció transversal al punt de coll després de trencar la mostra.
3. Duresa
La duresa del metall és un índex de propietat mecànica per mesurar la duresa dels materials metàl·lics. Indica la capacitat de resistir la deformació en el volum local de la superfície metàl·lica.
Classificació i representació de la duresa del metall
La duresa del metall té una varietat de mètodes de classificació i representació segons diferents mètodes de prova. Inclou principalment el següent:
Duresa Brinell (HB):
Àmbit d'aplicació: s'utilitza generalment quan el material és més tou, com ara metalls no fèrrics, acer abans del tractament tèrmic o després del recuit.
Principi de prova: amb una certa mida de càrrega de prova, una bola d'acer endurit o una bola de carbur d'un diàmetre determinat es pressiona a la superfície del metall que es vol provar, i la càrrega es descarrega després d'un temps determinat i el diàmetre de la sagnia es mesura a la superfície a provar.
Fórmula de càlcul: El valor de la duresa Brinell és el quocient que s'obté dividint la càrrega per l'àrea de la superfície esfèrica del sagnat.
Duresa Rockwell (HR):
Àmbit d'aplicació: s'utilitza generalment per a materials amb una duresa més alta, com ara la duresa després del tractament tèrmic.
Principi de prova: semblant a la duresa Brinell, però utilitzant diferents sondes (diamant) i diferents mètodes de càlcul.
Tipus: Depenent de l'aplicació, hi ha HRC (per a materials d'alta duresa), HRA, HRB i altres tipus.
Duresa Vickers (HV):
Àmbit d'aplicació: Apte per a anàlisis al microscopi.
Principi de prova: premeu la superfície del material amb una càrrega inferior a 120 kg i un indentador de con quadrat de diamant amb un angle de vèrtex de 136 ° i dividiu la superfície de la fossa de sagnat del material pel valor de càrrega per obtenir el valor de duresa Vickers.
Duresa Leeb (HL):
Característiques: Provador de duresa portàtil, fàcil de mesurar.
Principi de prova: utilitzeu el rebot generat pel capçal de bola d'impacte després d'impactar la superfície de duresa i calculeu la duresa segons la relació de la velocitat de rebot del punxó a 1 mm de la superfície de la mostra a la velocitat d'impacte.
Hora de publicació: 25-set-2024
