Die treksterktetoets word hoofsaaklik gebruik om die vermoë van metaalmateriale te bepaal om skade tydens die strekproses te weerstaan, en is een van die belangrike aanwysers vir die evaluering van die meganiese eienskappe van materiale.
1. Treksterktetoets
Die trektoets is gebaseer op die basiese beginsels van materiaalmeganika. Deur 'n treklas op die materiaalmonster onder sekere toestande toe te pas, veroorsaak dit trekvervorming totdat die monster breek. Tydens die toets word die vervorming van die eksperimentele monster onder verskillende laste en die maksimum las wanneer die monster breek, aangeteken om die vloeigrens, treksterkte en ander prestasie-aanwysers van die materiaal te bereken.
Spanning σ = F/A
σ is die treksterkte (MPa)
F is die trekkrag (N)
A is die dwarssnitarea van die monster
2. Trekkromme
Analise van verskeie stadiums van die strekproses:
a. In die OP-stadium met 'n klein las, is die verlenging in 'n lineêre verhouding met die las, en Fp is die maksimum las om die reguit lyn te handhaaf.
b. Nadat die las Fp oorskry, begin die trekkromme 'n nie-lineêre verhouding aanneem. Die monster betree die aanvanklike vervormingsfase, en die las word verwyder, en die monster kan na sy oorspronklike toestand terugkeer en elasties vervorm.
c. Nadat die las Fe oorskry, word die las verwyder, 'n deel van die vervorming word herstel, en 'n deel van die oorblywende vervorming word behou, wat plastiese vervorming genoem word. Fe word die elastiese limiet genoem.
d. Wanneer die las verder toeneem, toon die trekkromme 'n saagtandkromme. Wanneer die las nie toeneem of afneem nie, word die verskynsel van voortdurende verlenging van die eksperimentele monster meegee genoem. Na meegee begin die monster duidelike plastiese vervorming ondergaan.
e. Na swigting toon die monster 'n toename in vervormingsweerstand, werkverharding en vervormingsversterking. Wanneer die las Fb bereik, krimp dieselfde deel van die monster skerp. Fb is die sterktegrens.
f. Die krimpverskynsel lei tot 'n afname in die dravermoë van die monster. Wanneer die las Fk bereik, breek die monster. Dit word die breuklas genoem.
Opbrengssterkte
Vloeigrens is die maksimum spanningswaarde wat 'n metaalmateriaal kan weerstaan vanaf die begin van plastiese vervorming tot volledige breuk wanneer dit aan eksterne krag onderwerp word. Hierdie waarde dui die kritieke punt aan waar die materiaal oorgaan van die elastiese vervormingsfase na die plastiese vervormingsfase.
Klassifikasie
Boonste vloeigrens: verwys na die maksimum spanning van die monster voordat die krag vir die eerste keer daal wanneer vloei plaasvind.
Laer vloeigrens: verwys na die minimum spanning in die vloeifase wanneer die aanvanklike oorgangseffek geïgnoreer word. Aangesien die waarde van die laer vloeigrens relatief stabiel is, word dit gewoonlik gebruik as 'n aanduiding van materiaalweerstand, wat vloeigrens of vloeigrens genoem word.
Berekeningsformule
Vir boonste vloeigrens: R = F / Sₒ, waar F die maksimum krag is voordat die krag vir die eerste keer in die vloeifase daal, en Sₒ die oorspronklike dwarssnitarea van die monster is.
Vir laer vloeigrens: R = F / Sₒ, waar F die minimum krag F is wat die aanvanklike oorgangseffek ignoreer, en Sₒ die oorspronklike dwarssnitarea van die monster is.
Eenheid
Die eenheid van vloeigrens is gewoonlik MPa (megapascal) of N/mm² (Newton per vierkante millimeter).
Voorbeeld
Neem lae koolstofstaal as voorbeeld, die vloeigrens is gewoonlik 207 MPa. Wanneer dit aan 'n eksterne krag groter as hierdie limiet onderwerp word, sal lae koolstofstaal permanente vervorming veroorsaak en kan dit nie herstel word nie; wanneer dit aan 'n eksterne krag minder as hierdie limiet onderwerp word, kan lae koolstofstaal na sy oorspronklike toestand terugkeer.
Vloeigrens is een van die belangrike aanwysers vir die evaluering van die meganiese eienskappe van metaalmateriale. Dit weerspieël die vermoë van materiale om plastiese vervorming te weerstaan wanneer dit aan eksterne kragte onderwerp word.
Treksterkte
Treksterkte is die vermoë van 'n materiaal om skade onder trekbelasting te weerstaan, wat spesifiek uitgedruk word as die maksimum spanningswaarde wat die materiaal tydens die trekproses kan weerstaan. Wanneer die trekspanning op die materiaal sy treksterkte oorskry, sal die materiaal plastiese vervorming of breuk ondergaan.
Berekeningsformule
Die berekeningsformule vir treksterkte (σt) is:
σt = F / A
Waar F die maksimum trekkrag (Newton, N) is wat die monster kan weerstaan voordat dit breek, en A die oorspronklike dwarssnitarea van die monster (vierkante millimeter, mm²) is.
Eenheid
Die eenheid van treksterkte is gewoonlik MPa (megapascal) of N/mm² (Newton per vierkante millimeter). 1 MPa is gelyk aan 1 000 000 Newton per vierkante meter, wat ook gelyk is aan 1 N/mm².
Beïnvloedende faktore
Treksterkte word deur baie faktore beïnvloed, insluitend die chemiese samestelling, mikrostruktuur, hittebehandelingsproses, verwerkingsmetode, ens. Verskillende materiale het verskillende treksterktes, daarom is dit in praktiese toepassings nodig om geskikte materiale te kies gebaseer op die meganiese eienskappe van die materiale.
Praktiese toepassing
Treksterkte is 'n baie belangrike parameter in die veld van materiaalwetenskap en -ingenieurswese, en word dikwels gebruik om die meganiese eienskappe van materiale te evalueer. In terme van strukturele ontwerp, materiaalkeuse, veiligheidsassessering, ens., is treksterkte 'n faktor wat in ag geneem moet word. Byvoorbeeld, in konstruksie-ingenieurswese is die treksterkte van staal 'n belangrike faktor om te bepaal of dit laste kan weerstaan; in die veld van lugvaart is die treksterkte van liggewig- en hoësterktemateriale die sleutel tot die versekering van die veiligheid van vliegtuie.
Moegheidssterkte:
Metaalmoegheid verwys na die proses waarin materiale en komponente geleidelik plaaslike permanente kumulatiewe skade op een of meer plekke onder sikliese spanning of sikliese vervorming veroorsaak, en krake of skielike volledige breuke na 'n sekere aantal siklusse voorkom.
Kenmerke
Skielikheid in tyd: Metaalmoegheidsversaking kom dikwels skielik in 'n kort tydperk voor sonder ooglopende tekens.
Lokaliteit in posisie: Moegheidsversaking kom gewoonlik voor in plaaslike gebiede waar spanning gekonsentreerd is.
Sensitiwiteit vir die omgewing en defekte: Metaalmoegheid is baie sensitief vir die omgewing en klein defekte binne die materiaal, wat die moegheidsproses kan versnel.
Beïnvloedende faktore
Spanningsamplitude: Die grootte van die spanning beïnvloed direk die moegheidslewe van die metaal.
Gemiddelde spanningsgrootte: Hoe groter die gemiddelde spanning, hoe korter die moegheidslewe van die metaal.
Aantal siklusse: Hoe meer kere die metaal onder sikliese spanning of vervorming verkeer, hoe ernstiger is die ophoping van moegheidsskade.
Voorkomende maatreëls
Optimaliseer materiaalkeuse: Kies materiale met hoër moegheidslimiete.
Vermindering van spanningskonsentrasie: Verminder spanningskonsentrasie deur strukturele ontwerp- of verwerkingsmetodes, soos die gebruik van afgeronde hoekoorgange, die verhoging van dwarssnitafmetings, ens.
Oppervlakbehandeling: Poleer, spuit, ens. op die metaaloppervlak om oppervlakdefekte te verminder en moegheidssterkte te verbeter.
Inspeksie en onderhoud: Inspekteer metaalkomponente gereeld om defekte soos krake vinnig op te spoor en te herstel; onderhou onderdele wat geneig is tot moegheid, soos die vervanging van verslete onderdele en die versterking van swak skakels.
Metaalmoegheid is 'n algemene metaalfalingsmodus, wat gekenmerk word deur skielikheid, lokaliteit en sensitiwiteit vir die omgewing. Spanningsamplitude, gemiddelde spanningsgrootte en aantal siklusse is die hoof faktore wat metaalmoegheid beïnvloed.
SN-kromme: beskryf die moegheidslewe van materiale onder verskillende spanningsvlakke, waar S spanning verteenwoordig en N die aantal spanningsiklusse.
Formule vir moegheidssterktekoëffisiënt:
(Kf = Ka ⋅ Kb ⋅ Kc ⋅ Kd ⋅ Ke)
Waar (Ka) die lasfaktor is, (Kb) die groottefaktor is, (Kc) die temperatuurfaktor is, (Kd) die oppervlakkwaliteitsfaktor is, en (Ke) die betroubaarheidsfaktor is.
SN-kromme wiskundige uitdrukking:
(\sigma^m N = C)
Waar (ρ) spanning is, N die aantal spanningsiklusse is, en m en C materiaalkonstantes is.
Berekeningstappe
Bepaal die materiaalkonstantes:
Bepaal die waardes van m en C deur eksperimente of deur na relevante literatuur te verwys.
Bepaal die spanningskonsentrasiefaktor: Neem die werklike vorm en grootte van die onderdeel in ag, sowel as die spanningskonsentrasie wat deur filette, spiegleuwe, ens. veroorsaak word, om die spanningskonsentrasiefaktor K te bepaal. Bereken moegheidssterkte: Bereken die moegheidssterkte volgens die SN-kromme en spanningskonsentrasiefaktor, gekombineer met die ontwerpleeftyd en werkspanningsvlak van die onderdeel.
2. Plastisiteit:
Plastisiteit verwys na die eienskap van 'n materiaal wat, wanneer dit aan eksterne krag onderwerp word, permanente vervorming veroorsaak sonder om te breek wanneer die eksterne krag sy elastiese limiet oorskry. Hierdie vervorming is onomkeerbaar, en die materiaal sal nie na sy oorspronklike vorm terugkeer nie, selfs al word die eksterne krag verwyder.
Plastisiteitsindeks en die berekeningsformule daarvan
Verlenging (δ)
Definisie: Verlenging is die persentasie van die totale vervorming van die meetgedeelte nadat die monster trekbreuk ondergaan het tot die oorspronklike meetlengte.
Formule: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Waar L0 die oorspronklike maatlengte van die monster is;
L1 is die meetlengte nadat die monster gebreek is.
Segmentale reduksie (Ψ)
Definisie: Die segmentale reduksie is die persentasie van die maksimum reduksie in die dwarssnitarea by die nekpunt nadat die monster tot die oorspronklike dwarssnitarea gebreek is.
Formule: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Waar F0 die oorspronklike dwarssnitarea van die monster is;
F1 is die dwarssnitarea by die nekpunt nadat die monster gebreek is.
3. Hardheid
Metaalhardheid is 'n meganiese eienskapsindeks om die hardheid van metaalmateriale te meet. Dit dui die vermoë aan om vervorming in die plaaslike volume op die metaaloppervlak te weerstaan.
Klassifikasie en voorstelling van metaalhardheid
Metaalhardheid het 'n verskeidenheid klassifikasie- en voorstellingsmetodes volgens verskillende toetsmetodes. Dit sluit hoofsaaklik die volgende in:
Brinell-hardheid (HB):
Toepassingsgebied: Word gewoonlik gebruik wanneer die materiaal sagter is, soos nie-ysterhoudende metale, staal voor hittebehandeling of na uitgloeiing.
Toetsbeginsel: Met 'n sekere grootte toetslading word 'n verharde staalbal of karbiedbal van 'n sekere deursnee in die oppervlak van die metaal wat getoets moet word, gedruk, en die las word na 'n bepaalde tyd afgelaai, en die deursnee van die inkeping op die oppervlak wat getoets moet word, word gemeet.
Berekeningsformule: Die Brinell-hardheidswaarde is die kwosiënt wat verkry word deur die las te deel deur die sferiese oppervlakarea van die indrukking.
Rockwell-hardheid (HR):
Toepassingsgebied: Oor die algemeen gebruik vir materiale met hoër hardheid, soos hardheid na hittebehandeling.
Toetsbeginsel: Soortgelyk aan Brinell-hardheid, maar met behulp van verskillende probes (diamant) en verskillende berekeningsmetodes.
Tipes: Afhangende van die toepassing, is daar HRC (vir hoë hardheid materiale), HRA, HRB en ander tipes.
Vickers-hardheid (HV):
Toepassingsgebied: Geskik vir mikroskoopanalise.
Toetsbeginsel: Druk die materiaaloppervlak met 'n las van minder as 120 kg en 'n diamant vierkantige keëlindrukper met 'n hoekpunt van 136°, en deel die oppervlakte van die materiaalindrukput deur die laswaarde om die Vickers-hardheidswaarde te kry.
Leeb-hardheid (HL):
Kenmerke: Draagbare hardheidstoetser, maklik om te meet.
Toetsbeginsel: Gebruik die bons wat deur die impakbalkop gegenereer word nadat dit die hardheidoppervlak getref het, en bereken die hardheid deur die verhouding van die terugbonsspoed van die pons teen 1 mm vanaf die monsteroppervlak tot die impakspoed.
Plasingstyd: 25 September 2024
