สรุปคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุโลหะ

การทดสอบแรงดึงของความแข็งแรงส่วนใหญ่จะใช้เพื่อกำหนดความสามารถของวัสดุโลหะในการต้านทานความเสียหายในระหว่างกระบวนการยืดและเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดที่สำคัญสำหรับการประเมินคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ

1. การทดสอบแรงดึง

การทดสอบแรงดึงขึ้นอยู่กับหลักการพื้นฐานของกลศาสตร์วัสดุ โดยการใช้โหลดแรงดึงกับตัวอย่างวัสดุภายใต้เงื่อนไขบางประการทำให้เกิดการเสียรูปแบบแรงดึงจนกระทั่งตัวอย่างแตก ในระหว่างการทดสอบการเสียรูปของตัวอย่างการทดลองภายใต้โหลดที่แตกต่างกันและโหลดสูงสุดเมื่อบันทึกตัวอย่างจะถูกบันทึกเพื่อคำนวณความแข็งแรงของผลผลิตความต้านทานแรงดึงและตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพอื่น ๆ ของวัสดุ

ความเครียดσ = f/a

σคือความต้านทานแรงดึง (MPA)

F คือภาระแรงดึง (n)

A คือพื้นที่หน้าตัดของชิ้นงานตัวอย่าง

2. เส้นโค้งแรงดึง

การวิเคราะห์หลายขั้นตอนของกระบวนการยืด:

. ในขั้นตอน OP ที่มีโหลดเล็ก ๆ การยืดตัวอยู่ในความสัมพันธ์เชิงเส้นกับโหลดและ FP เป็นโหลดสูงสุดเพื่อรักษาเส้นตรง

ข. หลังจากโหลดเกิน FP เส้นโค้งแรงดึงเริ่มมีความสัมพันธ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้น ตัวอย่างเข้าสู่ขั้นตอนการเสียรูปเริ่มต้นและการโหลดจะถูกลบออกและตัวอย่างสามารถกลับไปที่สถานะเดิมและเปลี่ยนรูปแบบได้อย่างยืดหยุ่น

ค. หลังจากโหลดเกิน Fe โหลดจะถูกลบออกส่วนหนึ่งของการเสียรูปจะถูกกู้คืนและส่วนหนึ่งของการเสียรูปที่เหลือจะถูกเก็บไว้ซึ่งเรียกว่าการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก Fe เรียกว่าขีด จำกัด ยืดหยุ่น

d. เมื่อโหลดเพิ่มขึ้นต่อไปเส้นโค้งแรงดึงจะแสดง Sawtooth เมื่อโหลดไม่เพิ่มขึ้นหรือลดลงปรากฏการณ์ของการยืดตัวอย่างต่อเนื่องของตัวอย่างการทดลองเรียกว่าให้ผลผลิต หลังจากให้ผลผลิตตัวอย่างเริ่มได้รับการเปลี่ยนรูปพลาสติกที่ชัดเจน

ก. หลังจากให้ผลผลิตตัวอย่างแสดงการเพิ่มขึ้นของความต้านทานการเสียรูปทำงานการแข็งตัวของการทำงานและการเปลี่ยนรูป เมื่อโหลดถึง FB ส่วนเดียวกันของตัวอย่างจะหดตัวลงอย่างรวดเร็ว FB คือขีด จำกัด ความแข็งแรง

f. ปรากฏการณ์การหดตัวนำไปสู่การลดลงของความสามารถในการรับแบริ่งของตัวอย่าง เมื่อโหลดถึง FK ตัวอย่างจะแตก สิ่งนี้เรียกว่าภาระการแตกหัก

ความแข็งแรงของผลผลิต

ความแข็งแรงของผลผลิตคือค่าความเครียดสูงสุดที่วัสดุโลหะสามารถทนต่อการเสียรูปของพลาสติกเพื่อให้การแตกหักเสร็จสมบูรณ์เมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอก ค่านี้เป็นจุดวิกฤติที่การเปลี่ยนวัสดุจากขั้นตอนการเสียรูปยืดหยุ่นไปสู่ขั้นตอนการเปลี่ยนรูปพลาสติก

การจำแนกประเภท

ความแข็งแรงของผลผลิตส่วนบน: หมายถึงความเครียดสูงสุดของตัวอย่างก่อนที่แรงจะลดลงเป็นครั้งแรกเมื่อให้ผลผลิต

ความแข็งแรงของผลผลิตที่ต่ำกว่า: หมายถึงความเครียดขั้นต่ำในขั้นตอนการให้ผลผลิตเมื่อเอฟเฟกต์ชั่วคราวเริ่มต้นถูกละเว้น เนื่องจากค่าของจุดผลผลิตที่ต่ำกว่าค่อนข้างเสถียรจึงมักจะใช้เป็นตัวบ่งชี้ความต้านทานของวัสดุที่เรียกว่าจุดผลผลิตหรือความแข็งแรงของผลผลิต

สูตรการคำนวณ

สำหรับความแข็งแรงของผลผลิตส่วนบน: r = f / sₒโดยที่ f คือแรงสูงสุดก่อนที่แรงจะลดลงเป็นครั้งแรกในระยะที่ให้ผลผลิตและSₒเป็นพื้นที่หน้าตัดดั้งเดิมของตัวอย่าง

สำหรับความแข็งแรงของผลผลิตที่ต่ำกว่า: r = f / sₒโดยที่ f คือแรงขั้นต่ำ f ที่ไม่สนใจผลชั่วคราวเริ่มต้นและSₒเป็นพื้นที่หน้าตัดดั้งเดิมของตัวอย่าง

หน่วย

หน่วยของความแข็งแรงของผลผลิตมักจะเป็น MPA (megapascal) หรือ N/mm² (นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร)

ตัวอย่าง

ใช้เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำเป็นตัวอย่างขีด จำกัด ผลผลิตมักจะ 207MPa เมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอกที่มากกว่าขีด จำกัด นี้เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำจะผลิตการเสียรูปแบบถาวรและไม่สามารถกู้คืนได้ เมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอกน้อยกว่าขีด จำกัด นี้เหล็กคาร์บอนต่ำสามารถกลับสู่สถานะเดิมได้

ความแข็งแรงของผลผลิตเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดที่สำคัญสำหรับการประเมินคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุโลหะ มันสะท้อนให้เห็นถึงความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูปพลาสติกเมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอก

แรงดึง

ความต้านทานแรงดึงคือความสามารถของวัสดุที่จะต้านทานความเสียหายภายใต้ภาระแรงดึงซึ่งแสดงเป็นค่าเฉพาะเป็นค่าความเครียดสูงสุดที่วัสดุสามารถทนต่อได้ในระหว่างกระบวนการดึง เมื่อความเครียดแรงดึงบนวัสดุเกินความต้านทานแรงดึงวัสดุจะได้รับการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกหรือการแตกหัก

สูตรการคำนวณ

สูตรการคำนวณสำหรับแรงดึง (σt) คือ:

σt = f / a

โดยที่ F คือแรงดึงสูงสุด (นิวตัน, n) ที่ชิ้นงานสามารถทนต่อการแตกหักและ A เป็นพื้นที่ตัดขวางดั้งเดิมของชิ้นงานตัวอย่าง (ตารางมิลลิเมตร, mm²)

หน่วย

หน่วยของความต้านทานแรงดึงมักจะเป็น MPA (megapascal) หรือ N/mm² (นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร) 1 MPa เท่ากับ 1,000,000 นิวตันต่อตารางเมตรซึ่งเท่ากับ 1 n/mm²

ปัจจัยที่มีอิทธิพล

ความต้านทานแรงดึงได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการรวมถึงองค์ประกอบทางเคมีโครงสร้างจุลภาคกระบวนการบำบัดความร้อนวิธีการประมวลผล ฯลฯ วัสดุที่แตกต่างกันมีความต้านทานแรงดึงที่แตกต่างกันดังนั้นในการใช้งานจริงจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่เหมาะสมตามคุณสมบัติเชิงกลของ วัสดุ.

การใช้งานจริง

ความแข็งแรงแรงดึงเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญมากในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมวัสดุและมักใช้เพื่อประเมินคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ ในแง่ของการออกแบบโครงสร้างการเลือกวัสดุการประเมินความปลอดภัย ฯลฯ ความแข็งแรงแรงดึงเป็นปัจจัยที่ต้องพิจารณา ตัวอย่างเช่นในวิศวกรรมการก่อสร้างความต้านทานแรงดึงของเหล็กเป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาว่าสามารถทนต่อการโหลดได้หรือไม่ ในด้านการบินและอวกาศความต้านทานแรงดึงของวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูงเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองความปลอดภัยของเครื่องบิน

ความเหนื่อยล้า:

ความเหนื่อยล้าของโลหะหมายถึงกระบวนการที่วัสดุและส่วนประกอบค่อยๆสร้างความเสียหายสะสมอย่างถาวรในท้องถิ่นในหนึ่งหรือหลายแห่งภายใต้ความเครียดแบบวัฏจักรหรือความเครียดแบบวัฏจักรและรอยแตกหรือการแตกหักที่สมบูรณ์เกิดขึ้นหลังจากรอบจำนวนหนึ่ง

คุณสมบัติ

ในเวลาที่ฉับพลัน: ความเหนื่อยล้าของโลหะมักเกิดขึ้นอย่างกะทันหันในช่วงเวลาสั้น ๆ โดยไม่มีสัญญาณที่ชัดเจน

สถานที่ในตำแหน่ง: ความล้มเหลวของความเหนื่อยล้ามักเกิดขึ้นในพื้นที่ท้องถิ่นที่มีความเครียดเข้มข้น

ความไวต่อสิ่งแวดล้อมและข้อบกพร่อง: ความเหนื่อยล้าของโลหะมีความไวต่อสิ่งแวดล้อมและข้อบกพร่องเล็ก ๆ ภายในวัสดุซึ่งอาจเร่งกระบวนการเหนื่อยล้า

ปัจจัยที่มีอิทธิพล

ความเครียดแอมพลิจูด: ขนาดของความเครียดส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของความเมื่อยล้าของโลหะ

ขนาดความเครียดเฉลี่ย: ยิ่งความเครียดเฉลี่ยมากขึ้นเท่าใดอายุการใช้งานของโลหะก็ยิ่งสั้นลงเท่านั้น

จำนวนรอบ: ยิ่งโลหะอยู่ภายใต้ความเครียดหรือความเครียดมากเท่าไหร่การสะสมความเสียหายที่รุนแรงยิ่งขึ้น

มาตรการป้องกัน

เพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุ: เลือกวัสดุที่มีขีด จำกัด ความเมื่อยล้าสูงขึ้น

การลดความเข้มข้นของความเครียด: ลดความเข้มข้นของความเครียดผ่านการออกแบบโครงสร้างหรือวิธีการประมวลผลเช่นการใช้การเปลี่ยนมุมโค้งมนการเพิ่มขนาดตัดขวาง ฯลฯ

การรักษาพื้นผิว: การขัด, การฉีดพ่น ฯลฯ บนพื้นผิวโลหะเพื่อลดข้อบกพร่องของพื้นผิวและปรับปรุงความแข็งแรงของความเหนื่อยล้า

การตรวจสอบและบำรุงรักษา: ตรวจสอบส่วนประกอบโลหะเป็นประจำเพื่อตรวจจับและซ่อมแซมข้อบกพร่องเช่นรอยแตก รักษาชิ้นส่วนที่มีแนวโน้มที่จะเหนื่อยล้าเช่นการแทนที่ชิ้นส่วนที่สึกหรอและเสริมการเชื่อมโยงที่อ่อนแอ

ความเหนื่อยล้าของโลหะเป็นโหมดความล้มเหลวของโลหะทั่วไปซึ่งมีลักษณะเป็นฉับพลันสถานที่และความไวต่อสิ่งแวดล้อม แอมพลิจูดความเครียดขนาดความเครียดเฉลี่ยและจำนวนรอบเป็นปัจจัยหลักที่มีผลต่อความเหนื่อยล้าของโลหะ

เส้นโค้ง SN: อธิบายอายุการใช้งานของวัสดุภายใต้ระดับความเครียดที่แตกต่างกันซึ่ง S แสดงถึงความเครียดและ n หมายถึงจำนวนรอบความเครียด

สูตรค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงของความเมื่อยล้า:

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

โดยที่ (ka) เป็นปัจจัยโหลด (kb) เป็นปัจจัยขนาด (kc) คือปัจจัยอุณหภูมิ (kd) เป็นปัจจัยคุณภาพพื้นผิวและ (ke) เป็นปัจจัยความน่าเชื่อถือ

การแสดงออกทางคณิตศาสตร์ SN โค้ง:

(\ sigma^m n = c)

โดยที่ (\ sigma) คือความเครียด n คือจำนวนรอบความเครียดและ m และ c เป็นค่าคงที่วัสดุ

ขั้นตอนการคำนวณ

กำหนดค่าคงที่วัสดุ:

กำหนดค่าของ M และ C ผ่านการทดลองหรือโดยอ้างอิงจากวรรณกรรมที่เกี่ยวข้อง

กำหนดปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด: พิจารณารูปร่างและขนาดที่แท้จริงของชิ้นส่วนเช่นเดียวกับความเข้มข้นของความเครียดที่เกิดจากเนื้อสัตว์กุญแจ ฯลฯ เพื่อกำหนดปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด K. คำนวณความแข็งแรงของความเหนื่อยล้า: ตามเส้นโค้ง SN และความเครียด ปัจจัยความเข้มข้นรวมกับชีวิตการออกแบบและระดับความเครียดในการทำงานของชิ้นส่วนคำนวณความแข็งแรงของความเหนื่อยล้า

2. พลาสติก:

พลาสติกหมายถึงคุณสมบัติของวัสดุที่เมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอกทำให้เกิดการเสียรูปแบบถาวรโดยไม่ทำลายเมื่อแรงภายนอกเกินขีด จำกัด ที่ยืดหยุ่น การเสียรูปนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้และวัสดุจะไม่กลับสู่รูปร่างดั้งเดิมแม้ว่าแรงภายนอกจะถูกลบออก

ดัชนีพลาสติกและสูตรการคำนวณ

การยืดตัว (Δ)

คำจำกัดความ: การยืดตัวคือเปอร์เซ็นต์ของการเสียรูปรวมของส่วนมาตรวัดหลังจากชิ้นงานชิ้นงานจะแตกหักแรงดึงกับความยาวของมาตรวัดดั้งเดิม

สูตร: Δ = (l1 - l0) / l0 × 100%

โดยที่ L0 คือความยาวมาตรวัดดั้งเดิมของตัวอย่าง

L1 คือความยาวของมาตรวัดหลังจากชิ้นงานเสีย

การลดส่วน (ψ)

คำจำกัดความ: การลดส่วนของการแบ่งส่วนคือเปอร์เซ็นต์ของการลดลงสูงสุดในพื้นที่หน้าตัดที่จุดคอหลังจากชิ้นงานแตกหักไปยังพื้นที่หน้าตัดดั้งเดิม

สูตร: ψ = (f0 - f1) / f0 × 100%

โดยที่ F0 เป็นพื้นที่หน้าตัดดั้งเดิมของตัวอย่าง

F1 เป็นพื้นที่หน้าตัดที่จุดคอหลังจากชิ้นงานแตก

3. ความแข็ง

ความแข็งของโลหะเป็นดัชนีคุณสมบัติเชิงกลในการวัดความแข็งของวัสดุโลหะ มันบ่งบอกถึงความสามารถในการต้านทานการเสียรูปในปริมาตรท้องถิ่นบนพื้นผิวโลหะ

การจำแนกประเภทและการเป็นตัวแทนของความแข็งของโลหะ

ความแข็งของโลหะมีความหลากหลายของการจำแนกประเภทและวิธีการเป็นตัวแทนตามวิธีการทดสอบที่แตกต่างกัน ส่วนใหญ่รวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

Brinell Hardness (HB):

ขอบเขตของการใช้งาน: โดยทั่วไปใช้เมื่อวัสดุอ่อนลงเช่นโลหะที่ไม่ใช่เหล็กกล้าเหล็กก่อนการรักษาด้วยความร้อนหรือหลังจากการหลอม

หลักการทดสอบ: ด้วยน้ำหนักทดสอบขนาดที่แน่นอนลูกบอลเหล็กแข็งหรือลูกบอลคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางบางอย่างถูกกดลงในพื้นผิวของโลหะเพื่อทดสอบและโหลดจะถูกขนถ่ายหลังจากเวลาที่กำหนดและเส้นผ่านศูนย์กลางของการเยื้อง บนพื้นผิวที่จะทดสอบจะถูกวัด

สูตรการคำนวณ: ค่าความแข็งของ Brinell คือความฉลาดที่ได้จากการหารโหลดโดยพื้นที่ผิวทรงกลมของการเยื้อง

Rockwell Hardness (HR):

ขอบเขตของการใช้งาน: โดยทั่วไปใช้สำหรับวัสดุที่มีความแข็งสูงเช่นความแข็งหลังการรักษาความร้อน

หลักการทดสอบ: คล้ายกับความแข็งของ Brinell แต่ใช้โพรบที่แตกต่างกัน (เพชร) และวิธีการคำนวณที่แตกต่างกัน

ประเภท: ขึ้นอยู่กับการใช้งานมี HRC (สำหรับวัสดุความแข็งสูง), HRA, HRB และประเภทอื่น ๆ

Vickers Hardness (HV):

ขอบเขตของการใช้งาน: เหมาะสำหรับการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์

หลักการทดสอบ: กดพื้นผิววัสดุด้วยโหลดน้อยกว่า 120 กิโลกรัมและ indenter กรวยสี่เหลี่ยมเพชรที่มีมุมจุดสุดยอดที่ 136 °และแบ่งพื้นที่ผิวของหลุมเยื้องของวัสดุโดยค่าโหลดเพื่อให้ได้ค่าความแข็งของ Vickers

Leeb Hardness (HL):

คุณสมบัติ: เครื่องทดสอบความแข็งแบบพกพาง่ายต่อการวัด

หลักการทดสอบ: ใช้การตีกลับที่เกิดจากหัวลูกกระแทกหลังจากส่งผลกระทบต่อพื้นผิวความแข็งและคำนวณความแข็งโดยอัตราส่วนของความเร็วในการรีบาวด์ของหมัดที่ 1 มม. จากพื้นผิวตัวอย่างต่อความเร็วกระแทก