Træktesten af styrke bruges hovedsageligt til at bestemme metalmaterialers evne til at modstå beskadigelse under strækningsprocessen og er en af de vigtige indikatorer til evaluering af materialers mekaniske egenskaber.
1. Træktest
Træktesten er baseret på de grundlæggende principper for materialemekanik. Ved at påføre en trækbelastning på materialeprøven under visse forhold, forårsager det trækdeformation, indtil prøven går i stykker. Under testen registreres deformationen af den eksperimentelle prøve under forskellige belastninger og den maksimale belastning, når prøven går i stykker, for at beregne flydespænding, trækstyrke og andre præstationsindikatorer for materialet.
Spænding σ = F/A
σ er trækstyrken (MPa)
F er trækbelastningen (N)
A er prøvens tværsnitsareal
2. Trækkurve
Analyse af flere stadier af strækprocessen:
en. I OP-stadiet med en lille belastning er forlængelsen i et lineært forhold til belastningen, og Fp er den maksimale belastning for at opretholde den rette linje.
b. Efter belastningen overstiger Fp, begynder trækkurven at tage et ikke-lineært forhold. Prøven går ind i det indledende deformationstrin, og belastningen fjernes, og prøven kan vende tilbage til sin oprindelige tilstand og elastisk deformeres.
c. Efter belastningen overstiger Fe, fjernes belastningen, en del af deformationen genoprettes, og en del af den resterende deformation bibeholdes, hvilket kaldes plastisk deformation. Fe kaldes den elastiske grænse.
d. Når belastningen øges yderligere, viser trækkurven savtand. Når belastningen ikke stiger eller falder, kaldes fænomenet med kontinuerlig forlængelse af den eksperimentelle prøve at give efter. Efter at have givet sig, begynder prøven at gennemgå tydelig plastisk deformation.
e. Efter udbytte viser prøven en stigning i deformationsmodstand, arbejdshærdning og deformationsforstærkning. Når belastningen når Fb, krymper den samme del af prøven kraftigt. Fb er styrkegrænsen.
f. Krympningsfænomenet fører til et fald i prøvens bæreevne. Når belastningen når Fk, brydes prøven. Dette kaldes brudbelastningen.
Udbyttestyrke
Flydespænding er den maksimale spændingsværdi, som et metalmateriale kan modstå fra begyndelsen af plastisk deformation til fuldstændig brud, når det udsættes for ydre kraft. Denne værdi markerer det kritiske punkt, hvor materialet går fra det elastiske deformationsstadium til det plastiske deformationsstadium.
Klassifikation
Øvre flydespænding: refererer til den maksimale spænding af prøven, før kraften falder for første gang, når der opstår eftergivelse.
Lavere flydespænding: refererer til minimumsspændingen i flydestadiet, når den indledende transiente effekt ignoreres. Da værdien af det nedre flydegrænse er relativt stabil, bruges det normalt som en indikator for materialemodstand, kaldet flydegrænse eller flydespænding.
Beregningsformel
For øvre flydespænding: R = F / Sₒ, hvor F er den maksimale kraft, før kraften falder for første gang i flydetrinet, og Sₒ er prøvens oprindelige tværsnitsareal.
For lavere flydespænding: R = F/Sₒ, hvor F er minimumskraften F, der ignorerer den indledende transiente effekt, og Sₒ er prøvens oprindelige tværsnitsareal.
Enhed
Enheden for flydespænding er normalt MPa (megapascal) eller N/mm² (Newton pr. kvadratmillimeter).
Eksempel
Tag lavt kulstofstål som et eksempel, dets udbyttegrænse er normalt 207 MPa. Når det udsættes for en ekstern kraft, der er større end denne grænse, vil stål med lavt kulstofindhold producere permanent deformation og kan ikke genoprettes; når det udsættes for en ekstern kraft, der er mindre end denne grænse, kan stål med lavt kulstofindhold vende tilbage til sin oprindelige tilstand.
Flydespænding er en af de vigtige indikatorer til evaluering af metalmaterialers mekaniske egenskaber. Det afspejler materialers evne til at modstå plastisk deformation, når de udsættes for eksterne kræfter.
Trækstyrke
Trækstyrke er et materiales evne til at modstå skader under trækbelastning, hvilket specifikt udtrykkes som den maksimale spændingsværdi, som materialet kan modstå under trækprocessen. Når trækspændingen på materialet overstiger dets trækstyrke, vil materialet undergå plastisk deformation eller brud.
Beregningsformel
Beregningsformlen for trækstyrke (σt) er:
σt = F/A
Hvor F er den maksimale trækkraft (Newton, N), som prøven kan modstå, før den går i stykker, og A er prøvens oprindelige tværsnitsareal (kvadratmillimeter, mm²).
Enhed
Enheden for trækstyrke er normalt MPa (megapascal) eller N/mm² (Newton pr. kvadratmillimeter). 1 MPa er lig med 1.000.000 Newton per kvadratmeter, hvilket også er lig med 1 N/mm².
Påvirkningsfaktorer
Trækstyrken påvirkes af mange faktorer, herunder den kemiske sammensætning, mikrostruktur, varmebehandlingsproces, forarbejdningsmetode osv. Forskellige materialer har forskellige trækstyrker, så i praktiske anvendelser er det nødvendigt at vælge egnede materialer baseret på de mekaniske egenskaber af materialer.
Praktisk anvendelse
Trækstyrke er en meget vigtig parameter inden for materialevidenskab og teknik og bruges ofte til at evaluere materialers mekaniske egenskaber. Med hensyn til konstruktionsdesign, materialevalg, sikkerhedsvurdering osv. er trækstyrke en faktor, der skal tages i betragtning. For eksempel er stålets trækstyrke inden for byggeteknik en vigtig faktor for, om det kan modstå belastninger; inden for rumfart er trækstyrken af lette og højstyrke materialer nøglen til at sikre flyets sikkerhed.
Træthedsstyrke:
Metaltræthed refererer til den proces, hvor materialer og komponenter gradvist producerer lokale permanente kumulative skader et eller flere steder under cyklisk belastning eller cyklisk belastning, og revner eller pludselige fuldstændige brud opstår efter et vist antal cyklusser.
Funktioner
Pludselig i tid: Metaltræthedsfejl opstår ofte pludseligt i løbet af kort tid uden tydelige tegn.
Lokalitet i stilling: Træthedssvigt opstår normalt i lokale områder, hvor stress er koncentreret.
Følsomhed over for miljø og defekter: Metaltræthed er meget følsom over for miljøet og små defekter inde i materialet, som kan fremskynde træthedsprocessen.
Påvirkningsfaktorer
Spændingsamplitude: Størrelsen af spændingen påvirker direkte metallets træthedslevetid.
Gennemsnitlig spændingsstørrelse: Jo større den gennemsnitlige spænding er, jo kortere er metallets udmattelseslevetid.
Antal cyklusser: Jo flere gange metallet er under cyklisk stress eller belastning, jo mere alvorlig er ophobningen af træthedsskader.
Forebyggende foranstaltninger
Optimer materialevalg: Vælg materialer med højere træthedsgrænser.
Reduktion af spændingskoncentration: Reducer spændingskoncentration gennem strukturelt design eller bearbejdningsmetoder, såsom brug af afrundede hjørneovergange, øgede tværsnitsdimensioner osv.
Overfladebehandling: Polering, sprøjtning osv. på metaloverfladen for at reducere overfladefejl og forbedre udmattelsesstyrken.
Inspektion og vedligeholdelse: Inspicér regelmæssigt metalkomponenter for omgående at opdage og reparere defekter såsom revner; vedligeholde dele, der er udsat for træthed, såsom udskiftning af slidte dele og forstærkning af svage led.
Metaltræthed er en almindelig metalfejltilstand, som er karakteriseret ved pludselighed, lokalitet og følsomhed over for miljøet. Spændingsamplitude, gennemsnitlig spændingsstørrelse og antal cyklusser er de vigtigste faktorer, der påvirker metaltræthed.
SN-kurve: beskriver materialers udmattelseslevetid under forskellige spændingsniveauer, hvor S repræsenterer spænding og N repræsenterer antallet af spændingscyklusser.
Formel for træthedsstyrkekoefficient:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Hvor (Ka) er belastningsfaktoren, (Kb) er størrelsesfaktoren, (Kc) er temperaturfaktoren, (Kd) er overfladekvalitetsfaktoren og (Ke) er pålidelighedsfaktoren.
SN-kurve matematisk udtryk:
(\sigma^m N = C)
Hvor (\sigma) er spænding, N er antallet af spændingscyklusser, og m og C er materialekonstanter.
Beregningstrin
Bestem materialekonstanter:
Bestem værdierne af m og C gennem forsøg eller ved at henvise til relevant litteratur.
Bestem spændingskoncentrationsfaktoren: Overvej den faktiske form og størrelse af delen, samt spændingskoncentrationen forårsaget af fileter, kilespor osv., for at bestemme spændingskoncentrationsfaktoren K. Beregn udmattelsesstyrke: I henhold til SN-kurven og spændingen koncentrationsfaktoren, kombineret med delens designlevetid og arbejdsspændingsniveau, beregner udmattelsesstyrken.
2. Plasticitet:
Plasticitet refererer til egenskaben ved et materiale, der, når det udsættes for ydre kraft, producerer permanent deformation uden at gå i stykker, når den ydre kraft overskrider dets elastiske grænse. Denne deformation er irreversibel, og materialet vil ikke vende tilbage til sin oprindelige form, selvom den ydre kraft fjernes.
Plasticitetsindeks og dets beregningsformel
Forlængelse (δ)
Definition: Forlængelse er procentdelen af den totale deformation af målesektionen, efter at prøven er brudt i træk til den oprindelige målelængde.
Formel: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Hvor L0 er den oprindelige målelængde af prøven;
L1 er målelængden, efter at prøven er knækket.
Segmentel reduktion (Ψ)
Definition: Den segmentelle reduktion er procentdelen af den maksimale reduktion i tværsnitsarealet ved indhalingspunktet, efter at prøven er brudt til det oprindelige tværsnitsareal.
Formel: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
Hvor F0 er det oprindelige tværsnitsareal af prøven;
F1 er tværsnitsarealet ved indhalingspunktet, efter at prøven er brudt.
3. Hårdhed
Metalhårdhed er et mekanisk egenskabsindeks til at måle hårdheden af metalmaterialer. Det indikerer evnen til at modstå deformation i det lokale volumen på metaloverfladen.
Klassificering og repræsentation af metalhårdhed
Metalhårdhed har en række forskellige klassificerings- og repræsentationsmetoder i henhold til forskellige testmetoder. Indeholder primært følgende:
Brinell hårdhed (HB):
Anvendelsesområde: Anvendes generelt, når materialet er blødere, såsom ikke-jernholdige metaller, stål før varmebehandling eller efter udglødning.
Testprincip: Med en vis størrelse af testbelastning presses en hærdet stålkugle eller hårdmetalkugle med en vis diameter ind i overfladen af det metal, der skal testes, og belastningen aflastes efter en specificeret tid, og diameteren af fordybningen på overfladen, der skal testes, måles.
Beregningsformel: Brinell-hårdhedsværdien er kvotienten opnået ved at dividere belastningen med fordybningens sfæriske overfladeareal.
Rockwell hårdhed (HR):
Anvendelsesområde: Anvendes generelt til materialer med højere hårdhed, såsom hårdhed efter varmebehandling.
Testprincip: Ligner Brinell hårdhed, men ved hjælp af forskellige sonder (diamant) og forskellige beregningsmetoder.
Typer: Afhængigt af anvendelsen er der HRC (til materialer med høj hårdhed), HRA, HRB og andre typer.
Vickers hårdhed (HV):
Anvendelsesområde: Velegnet til mikroskopanalyse.
Testprincip: Tryk materialeoverfladen med en belastning på mindre end 120 kg og en firkantet kegleindrykker med diamant med en topvinkel på 136°, og divider overfladearealet af materialeinddybningsgraven med belastningsværdien for at få Vickers hårdhedsværdi.
Leeb hårdhed (HL):
Funktioner: Bærbar hårdhedstester, let at måle.
Testprincip: Brug det opspring, der genereres af slagkuglehovedet efter at have ramt hårdhedsoverfladen, og beregn hårdheden ved forholdet mellem rebound-hastigheden af stansen ved 1 mm fra prøveoverfladen til slaghastigheden.
Indlægstid: 25. september 2024
