La prova de resistència de la força 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. Prova de tracció
La prova de tracció es basa en els principis bàsics de la mecànica de materials. Aplicant una càrrega de tracció a la mostra de material en determinades condicions, provoca una deformació a la tracció fins que la mostra es trenqui. Durant la prova, la deformació de la mostra experimental amb diferents càrregues i la càrrega màxima quan es registren les mostres, de manera que es calculi la força de rendiment, 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 secció transversal de l’exemplar
2. Corba de tracció
Anàlisi de diverses etapes del procés d’estirament:
a. A l’etapa OP amb una petita càrrega, 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 la FP, la corba de tracció comença a prendre una relació no lineal. La mostra entra a l’etapa de deformació inicial i s’elimina la càrrega i la mostra pot tornar al seu estat original i deformar -se elàsticament.
c. Després que la càrrega supera la FE, la càrrega s’elimina, es restableix una part de la deformació i es conserva una part de la deformació residual, que s’anomena deformació plàstica. Fe s’anomena límit elàstic.
d. Quan la càrrega augmenta més, la corba de tracció mostra serra. Quan la càrrega no augmenta o disminueix, el fenomen d’allargament continu de la mostra experimental s’anomena cedint. 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, el reforç del treball i la deformació del treball. 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 comporta una disminució de la capacitat de suport de la mostra. Quan la càrrega arriba a FK, la mostra es trenca. Això s’anomena càrrega de fractura.
Força de rendiment
La força de rendiment és el valor màxim d’estrès que un material metàl·lic pot suportar des de l’inici de la deformació plàstica per completar la fractura quan està sotmès a 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
Força del rendiment superior: es refereix a la tensió màxima de la mostra abans que la força caigui per primera vegada quan es produeixi el rendiment.
Menor força de rendiment: es refereix a l’estrès mínim en l’etapa de rendiment quan s’ignora l’efecte transitori inicial. Com que el valor del punt de rendiment inferior és relativament estable, se sol utilitzar com a indicador de resistència al material, anomenat punt de rendiment o resistència de rendiment.
Fórmula de càlcul
Per a la força de rendiment superior: r = f / sₒ, on f és la força màxima abans que la força caigui per primera vegada en l’etapa de rendiment, i Sₒ és l’àrea de secció original de la mostra.
Per a una menor resistència al rendiment: r = f / sₒ, on f és la força mínima F ignorant l'efecte transitori inicial, i Sₒ és l'àrea de secció original de la mostra.
Unitat
La unitat de força de rendiment sol ser MPa (megapascal) o N/mm² (Newton per mil·límetre quadrat).
Exemple
Prenguem com a exemple acer baix en carboni, el seu límit de rendiment sol ser de 207MPa. Si se sotmet a una força externa superior a aquest límit, l’acer baix en carboni produirà una deformació permanent i no es pot restaurar; Quan se sotmet a una força externa inferior a aquest límit, l’acer baix en carboni pot tornar al seu estat original.
La força de rendiment és un dels indicadors importants per avaluar les propietats mecàniques dels materials metàl·lics. Reflecteix la capacitat dels materials per resistir la deformació del plàstic quan se sotmet a forces externes.
Força a la tracció
La resistència a la tracció és la capacitat d’un material de resistir els danys amb càrrega de tracció, que s’expressa específicament com el valor màxim d’estrès que el material pot suportar durant el procés de tracció. Quan la tensió a la tracció sobre el material supera la seva resistència a la tracció, el material experimentarà una deformació o fractura plàstica.
Fórmula de càlcul
La fórmula de càlcul per a la resistència a la tracció (σT) és:
σt = f / a
On F és la força màxima de tracció (Newton, n) que la mostra pot suportar abans de trencar-se, i a és l’àrea de secció original de la mostra (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 influents
La resistència a la tracció es veu afectada per molts factors, incloent la composició química, la microestructura, el procés de tractament tèrmic, el mètode de processament, etc. Diferents materials tenen diferents punts forts a la tracció, de manera que en aplicacions pràctiques és necessari seleccionar materials adequats basats en les propietats mecàniques de la 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 s’utilitza sovint per avaluar les propietats mecàniques dels materials. En termes de disseny estructural, selecció de materials, avaluació de seguretat, etc., la resistència a la tracció és un factor que cal tenir en compte. Per exemple, en l’enginyeria de la construcció, la resistència a la tracció de l’acer és un factor important per determinar si pot suportar les càrregues; En el camp de l’aeroespacial, la resistència a la tracció dels materials lleugers i d’alta resistència és la clau per garantir la seguretat dels avions.
Força de fatiga:
La fatiga metàl·lica fa referència al procés en què els materials i components produeixen gradualment danys acumulats permanents en un o diversos llocs sota tensió cíclica o soca cíclica, i es produeixen esquerdes o fractures completes sobtades després d’un cert nombre de cicles.
Funcions
Sobtada en el temps: la fallada de fatiga metàl·lica es produeix sovint de sobte en un curt període de temps sense signes evidents.
Localitat en posició: la fallada de fatiga sol produir -se 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, cosa que pot accelerar el procés de fatiga.
Factors influents
Amplitud de l’estrès: La magnitud de l’estrès afecta directament la vida de fatiga del metall.
Magnitud mitjana de l’estrès: com més gran és la tensió mitjana, més curta és la vida de fatiga del metall.
Nombre de cicles: com més vegades el metall estigui sota tensió o tensió cíclica, més greu és l’acumulació de danys de fatiga.
Mesures preventives
Optimitzeu la selecció de materials: seleccioneu materials amb límits de fatiga més elevats.
Reducció de la concentració d’estrès: Reduir la concentració d’estrès mitjançant mètodes de disseny estructural o processament, com ara utilitzar transicions de cantonada arrodonida, augmentar les dimensions de secció transversal, etc.
Tractament superficial: polit, ruixat, etc. a la superfície metàl·lica per reduir els defectes de la superfície 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 parts propenses a la fatiga, com ara substituir les parts desgastades i reforçar els enllaços febles.
La fatiga metàl·lica és un mode de fallada metàl·lica comuna, que es caracteritza per sobtada, localitat i sensibilitat al medi ambient. L’amplitud de l’estrès, la magnitud mitjana de l’estrès i el nombre de cicles són els principals factors que afecten la fatiga metàl·lica.
Corba SN: descriu la vida de fatiga dels materials sota diferents nivells d’estrès, on S representa l’estrès i n representa el nombre de cicles d’estrès.
Fórmula de coeficient de força de fatiga:
(Kf = ka \ cdot kb \ cdot kc \ cdot kd \ cdot ke)
Quan (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.
SN Curve Expressió matemàtica:
(\ sigma^m n = c)
Quan (\ sigma) és estrès, n és el nombre de cicles d’estrès, i M i C són constants materials.
Passos de càlcul
Determineu les constants materials:
Determineu els valors de m i c mitjançant experiments o fent referència a la literatura rellevant.
Determineu el factor de concentració d’estrès: considereu la forma i la mida reals de la part, així com la concentració d’estrès causada per filets, claus, etc., per determinar el factor de concentració d’estrès K. Calculeu la força de fatiga: segons la corba SN i l’estrès Factor de concentració, combinat amb la vida del disseny i el nivell d’estrès de treball de la part, calculeu la força de fatiga.
2. Plasticitat:
La plasticitat es refereix a la propietat d’un material que, quan està sotmès a 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, fins i tot si s’elimina la força externa.
Índex de plasticitat i la seva fórmula de càlcul
Allargament (Δ)
Definició: l'allargament és el percentatge de la deformació total de la secció de calibre després que la mostra es fracturi a la longitud del calibre original.
Fórmula: Δ = (L1 - L0) / L0 × 100%
On L0 és la longitud original del calibre de la mostra;
L1 és la longitud del calibre després que es trenqui la mostra.
Reducció segmentària (ψ)
Definició: La reducció segmentària és el percentatge de la reducció màxima de la zona transversal en el punt de coll després que la mostra es trenqui a la zona transversal original.
Fórmula: ψ = (F0 - F1) / F0 × 100%
On F0 és l’àrea de secció original de l’exemplar;
La F1 és l’àrea de secció transversal al punt de coll després que es trenqui la mostra.
3. Duresa
La duresa metàl·lica 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 a la superfície metàl·lica.
Classificació i representació de la duresa metàl·lica
La duresa metàl·lica té una varietat de mètodes de classificació i representació segons diferents mètodes de prova. Inclou principalment el següent:
Brinell Hardness (HB):
Àmbit d'aplicació: generalment s'utilitza quan el material és més suau, com ara metalls no ferrosos, acer abans del tractament tèrmic o després del recuit.
Principi de prova: amb una certa mida de càrrega de prova, es pressiona una bola d’acer endurida o un carbur d’un cert diàmetre a la superfície del metall i es descarrega la càrrega després d’un temps especificat i el diàmetre de la sagnia a la superfície que cal provar es mesura.
Fórmula de càlcul: el valor de la duresa de Brinell és el quocient obtingut dividint la càrrega per la superfície esfèrica de la sagnia.
Rockwell Hardness (RRHH):
Àmbit d'aplicació: generalment s'utilitza per a materials amb major duresa, com la duresa després del tractament tèrmic.
Principi de prova: similar a la duresa de Brinell, però utilitzant diferents sondes (diamants) i diferents mètodes de càlcul.
Tipus: Segons l’aplicació, hi ha HRC (per a materials d’alta duresa), HRA, HRB i altres tipus.
Vickers Hardness (HV):
Àmbit d'aplicació: adequat per a l'anàlisi del microscopi.
Principi de prova: premeu la superfície del material amb una càrrega inferior a 120kg i un sagnat de con quadrat de diamants 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 la duresa de Vickers.
Leeb Hardness (HL):
Característiques: Test de duresa portàtil, fàcil de mesurar.
Principi de prova: utilitzeu el rebot generat pel cap de bola d’impacte després d’afectar la superfície de duresa i calculeu la duresa per la relació de la velocitat de rebot del punxó a 1 mm des de la superfície de la mostra fins a la velocitat d’impacte.
Posada a l’hora: el 25 de setembre de 2014
