סיכום התכונות המכניות של חומרי מתכת

מבחן המתיחה של חוזק משמש בעיקר לקביעת יכולתם של חומרי מתכת להתנגד לנזק במהלך תהליך המתיחה, והוא אחד האינדיקטורים החשובים להערכת התכונות המכניות של החומרים.

1. מבחן מתיחה

מבחן המתיחה מבוסס על העקרונות הבסיסיים של מכניקת חומרים. על ידי יישום עומס מתיחה על מדגם החומר בתנאים מסוימים, הוא גורם לעיוות מתיחה עד שהמדגם נשבר. במהלך הבדיקה, העיוות של מדגם הניסוי תחת עומסים שונים והעומס המרבי כאשר נרשמים הפסקות הדגימה, כדי לחשב את חוזק התשואה, חוזק מתיחה ומדדי ביצועים אחרים של החומר.

מתח σ = f/a

σ הוא חוזק המתיחה (MPA)

F הוא עומס המתיחה (n)

A הוא שטח חתך הרוחב של הדגימה

2. עקומת מתיחה

ניתוח של כמה שלבים בתהליך המתיחה:

א. בשלב ה- OP עם עומס קטן, ההתארכות נמצאת במערכת יחסים ליניארית עם העומס, ו- FP הוא העומס המרבי לשמירה על הקו הישר.

ב. לאחר העומס עולה על ה- FP, עקומת המתיחה מתחילה לקיים מערכת יחסים לא לינארית. הדגימה נכנסת לשלב העיוות הראשוני, והעומס מוסר, והמדגם יכול לחזור למצב המקורי שלו ולעוות אלסטית.

ג. לאחר שהעומס עולה על FE, העומס מוסר, משוחזר חלק מהעיוות, וחלק מהעיוות הנותר נשמר, הנקרא עיוות פלסטי. Fe נקרא הגבול האלסטי.

ד. כאשר העומס גדל עוד יותר, עקומת המתיחה מציגה את מסור המסור. כאשר העומס אינו גדל או יורד, תופעה של התארכות רציפה של מדגם הניסוי נקראת מניבה. לאחר הנזירה, הדגימה מתחילה לעבור עיוות פלסטי ברור.

ה. לאחר התנופה, המדגם מראה עלייה בהתנגדות לעיוות, התקשות בעבודה וחיזוק עיוות. כאשר העומס מגיע ל- FB, אותו חלק של הדגימה מתכווץ בחדות. FB הוא מגבלת הכוח.

ג. תופעת ההצטמקות מובילה לירידה ביכולת הנשיאה של המדגם. כאשר העומס מגיע ל- FK, הדגימה נשברת. זה נקרא עומס השבר.

כוח תשואה

חוזק התשואה הוא ערך הלחץ המרבי שחומר מתכת יכול לעמוד מתחילת העיוות הפלסטי להשלמת שבר כאשר הוא נתון לכוח חיצוני. ערך זה מסמן את הנקודה הקריטית בה החומר עובר משלב העיוות האלסטי לשלב העיוות הפלסטי.

מִיוּן

חוזק התשואה העליון: מתייחס ללחץ המרבי של הדגימה לפני שהכוח יורד לראשונה כאשר מתרחש מניבה.

חוזק התשואה התחתון: מתייחס ללחץ המינימלי בשלב התשואה כאשר מתעלמים מההשפעה החולפת הראשונית. מכיוון שערך נקודת התשואה הנמוכה יציב יחסית, הוא משמש בדרך כלל כאינדיקטור להתנגדות לחומרים, הנקרא נקודת תשואה או חוזק התשואה.

נוסחת חישוב

עבור חוזק התשואה העליונה: r = f / sₒ, כאשר F הוא הכוח המרבי לפני שהכוח יורד לראשונה בשלב התשואה, ו- Sₒ הוא שטח החתך המקורי של המדגם.

עבור חוזק התשואה התחתון: r = f / sₒ, כאשר F הוא הכוח המינימלי F שמתעלם מהאפקט החולף הראשוני, ו- Sₒ הוא האזור החזוי המקורי של הדגימה.

יְחִידָה

יחידת חוזק התשואה היא בדרך כלל MPA (MegaPascal) או N/Mm² (ניוטון למילימטר מרובע).

דוּגמָה

קח דוגמא פלדת פחמן נמוכה, מגבלת התשואה שלה היא בדרך כלל 207MPA. כאשר הוא נתון לכוח חיצוני גדול ממגבלה זו, פלדת פחמן נמוכה תייצר עיוות קבוע ולא ניתן להחזיר אותה; כאשר הוא נתון לכוח חיצוני פחות ממגבלה זו, פלדת פחמן נמוכה יכולה לחזור למצבו המקורי.

חוזק התשואה הוא אחד האינדיקטורים החשובים להערכת התכונות המכניות של חומרי מתכת. זה משקף את יכולתם של חומרים להתנגד לעיוות פלסטי כאשר הוא נתון לכוחות חיצוניים.

כוח מתיחה

חוזק מתיחה הוא היכולת של חומר להתנגד לנזק תחת עומס מתיחה, המתבטא באופן ספציפי כערך הלחץ המרבי שהחומר יכול לעמוד בתהליך המתיחה. כאשר מתח המתיחה על החומר עולה על חוזק המתיחה שלו, החומר יעבור עיוות פלסטי או שבר.

נוסחת חישוב

נוסחת החישוב לחוזק מתיחה (σt) היא:

σt = f / a

כאשר F הוא כוח המתיחה המרבי (ניוטון, נ ') שהדגימה יכולה לעמוד לפני השבירה, ו- A הוא שטח החתך המקורי של הדגימה (מילימטר מרובע, מ"מ²).

יְחִידָה

היחידה של חוזק מתיחה היא בדרך כלל MPA (MegaPascal) או N/Mm² (ניוטון למילימטר רבוע). MPA 1 שווה ל -1,000,000 ניוטון למ"ר, שהוא גם שווה ל- 1 n/mm².

גורמים משפיעים

חוזק מתיחה מושפע מגורמים רבים, כולל ההרכב הכימי, מיקרו -מבנה, תהליך טיפול בחום, שיטת עיבוד וכו ' חומרים.

יישום מעשי

חוזק מתיחה הוא פרמטר חשוב מאוד בתחום מדעי החומרים וההנדסה, ולעתים קרובות משמש להערכת התכונות המכניות של החומרים. מבחינת תכנון מבני, בחירת חומרים, הערכת בטיחות וכו ', חוזק מתיחה הוא גורם שיש לקחת בחשבון. לדוגמה, בהנדסת בנייה, חוזק המתיחה של הפלדה הוא גורם חשוב לקבוע אם הוא יכול לעמוד בעומסים; בתחום התעופה האווירית, חוזק המתיחה של חומרים קלים וחוזק גבוה הוא המפתח להבטיח את בטיחות המטוסים.

כוח עייפות:

עייפות מתכת מתייחסת לתהליך בו חומרים ורכיבים מייצרים בהדרגה נזק מצטבר קבוע מקומי במקומות אחד או כמה תחת לחץ מחזורי או זן מחזורי, וסדקים או שברים שלמים פתאומיים מתרחשים לאחר מספר מסוים של מחזורים.

תכונות

פתאומיות בזמן: כישלון עייפות מתכת מתרחש לעתים קרובות לפתע בפרק זמן קצר ללא סימנים ברורים.

יישוב במצב: כשל עייפות מתרחש בדרך כלל באזורים מקומיים שבהם מתרכז הלחץ.

רגישות לסביבה וליקויים: עייפות מתכת רגישה מאוד לסביבה וליקויים זעירים בתוך החומר, מה שעלול להאיץ את תהליך העייפות.

גורמים משפיעים

משרעת מתח: גודל הלחץ משפיע ישירות על חיי העייפות של המתכת.

גודל מתח ממוצע: ככל שהמתח הממוצע גדול יותר, כך חיי העייפות של המתכת קצרים יותר.

מספר המחזורים: ככל שהמתכת יותר מתכת תחת לחץ או מתח מחזורי, כך הצטברות נזק לעייפות קשה יותר.

אמצעי מניעה

העבר אופטימיזציה של בחירת חומרים: בחר חומרים עם גבולות עייפות גבוהים יותר.

הפחתת ריכוז הלחץ: הפחיתו את ריכוז הלחץ באמצעות שיטות תכנון או עיבוד מבניים, כמו שימוש במעברים פינתיים מעוגלים, הגדלת מידות חתך רוחב וכו '.

טיפול פני השטח: ליטוש, ריסוס וכו 'על פני המתכת להפחתת מומים לפני השטח ולשפר את חוזק העייפות.

בדיקה ותחזוקה: בדוק באופן קבוע רכיבי מתכת כדי לאתר ולתקן מיד פגמים כמו סדקים; שמור על חלקים המועדים לעייפות, כמו החלפת חלקים שחוקים וחיזוק קישורים חלשים.

עייפות מתכת היא מצב כישלון מתכת נפוץ, המאופיין בפתאומיות, יישוב ורגישות לסביבה. משרעת מתח, גודל מתח ממוצע ומספר המחזורים הם הגורמים העיקריים המשפיעים על עייפות מתכת.

עקומת SN: מתאר את חיי העייפות של חומרים ברמות מתח שונות, כאשר S מייצג לחץ ו- N מייצג את מספר מחזורי הלחץ.

פורמולה מקדם חוזק עייפות:

(Kf = ka \ cdot kb \ cdot kc \ cdot kd \ cdot ke)

כאשר (ka) הוא גורם העומס, (kb) הוא גורם הגודל, (kc) הוא גורם הטמפרטורה, (kd) הוא גורם איכות השטח, ו- (ke) הוא גורם האמינות.

ביטוי מתמטי עקומת SN:

(\ sigma^m n = c)

כאשר (\ sigma) הוא לחץ, n הוא מספר מחזורי הלחץ, ו- M ו- C הם קבועים חומריים.

שלבי חישוב

קבע את קבועי החומר:

קבע את הערכים של M ו- C באמצעות ניסויים או על ידי התייחסות לספרות רלוונטית.

קבע את גורם ריכוז הלחץ: קחו בחשבון את צורתו וגודל החלק בפועל של החלק, כמו גם את ריכוז הלחץ הנגרם על ידי פילה, מפתחות וכו ', כדי לקבוע את גורם ריכוז הלחץ K. חישוב חוזק העייפות: על פי עקומת ה- SN ולחץ גורם ריכוז, בשילוב חיי העיצוב ורמת הלחץ העובד של החלק, מחשבים את חוזק העייפות.

2. פלסטיות:

הפלסטיות מתייחסת לרכושו של חומר, שכאשר הוא נתון לכוח חיצוני, מייצר עיוות קבוע מבלי לשבור כאשר הכוח החיצוני עולה על הגבול האלסטי שלו. עיוות זה בלתי הפיך, והחומר לא יחזור לצורתו המקורית גם אם הכוח החיצוני יוסר.

מדד הפלסטיות ונוסחת החישוב שלו

התארכות (Δ)

הגדרה: התארכות היא אחוז העיוות הכולל של קטע המד לאחר שהדגימה נשבר מתיחה לאורך אורך המדד המקורי.

נוסחה: Δ = (L1 - L0) / L0 × 100%

כאשר L0 הוא אורך המד המקורי של הדגימה;

L1 הוא אורך המד לאחר שבור הדגימה.

הפחתה קטעית (ψ)

הגדרה: ההפחתה הקטעית היא אחוז ההפחתה המרבית באזור החתך בנקודת הצוואר לאחר שנשבר הדגימה לאזור החתך המקורי.

נוסחה: ψ = (F0 - F1) / F0 × 100%

כאשר F0 הוא אזור החתך המקורי של הדגימה;

F1 הוא שטח חתך הרוחב בנקודת הצוואר לאחר שבור הדגימה.

3. קשיות

קשיות מתכת היא מדד מאפיינים מכניים למדידת קשיות חומרי המתכת. זה מצביע על היכולת להתנגד לעיוות בנפח המקומי על פני המתכת.

סיווג וייצוג של קשיות מתכת

קשיות מתכת כוללת מגוון שיטות סיווג וייצוג בהתאם לשיטות בדיקה שונות. כוללים בעיקר את הדברים הבאים:

קשיות ברינל (HB):

היקף היישום: משמש בדרך כלל כאשר החומר רך יותר, כמו מתכות לא ברזליות, פלדה לפני טיפול בחום או לאחר חישול.

עקרון הבדיקה: עם גודל מסוים של עומס בדיקה, נלחץ כדור פלדה מוקשה או כדור קרביד בקוטר מסוים אל פני המתכת שיש לבדוק, והעומס נפרק לאחר זמן מוגדר וקוטר הכניסה על פני השטח שנבדקו נמדד.

נוסחת חישוב: ערך הקשיות של ברינל הוא המנה המתקבל על ידי חלוקת העומס על ידי שטח הפנים הכדורי של הכניסה.

קשיות רוקוול (HR):

היקף היישום: משמש בדרך כלל לחומרים עם קשיות גבוהה יותר, כמו קשיות לאחר טיפול בחום.

עקרון הבדיקה: בדומה לקשיות ברינל, אך שימוש בבדיקות שונות (יהלום) ושיטות חישוב שונות.

סוגים: תלוי ביישום, ישנם HRC (לחומרי קשיות גבוהה), HRA, HRB וסוגים אחרים.

קשיות ויקרס (HV):

היקף היישום: מתאים לניתוח מיקרוסקופ.

עקרון הבדיקה: לחץ על משטח החומר עם עומס של פחות מ- 120 ק"ג ועל חרוט ריבוע יהלום עם זווית קודקוד של 136 מעלות, וחלק את שטח הפנים של בור הכניסה החומר לפי ערך העומס כדי לקבל את ערך הקשיות של Vickers.

ליב קשיות (HL):

תכונות: בודק קשיות ניידת, קל למדידה.

עקרון הבדיקה: השתמש ב"קפיצה "שנוצר על ידי ראש הכדור ההשפעה לאחר השפעה על משטח הקשיות, וחשב את הקשיות ביחס למהירות הריבאונד של האגרוף בגובה 1 מ"מ משטח המדגם למהירות ההשפעה.