De treksterktetest wordt voornamelijk gebruikt om het vermogen van metalen materialen om schade tijdens het rekproces te weerstaan te bepalen, en is een van de belangrijke indicatoren voor het evalueren van de mechanische eigenschappen van materialen.
1. Trekproef
De trekproef is gebaseerd op de basisprincipes van de materiaalmechanica. Door onder bepaalde omstandigheden een trekbelasting op het materiaalmonster uit te oefenen, veroorzaakt dit trekvervorming totdat het monster breekt. Tijdens de test worden de vervorming van het experimentele monster onder verschillende belastingen en de maximale belasting wanneer het monster breekt geregistreerd, om de vloeigrens, treksterkte en andere prestatie-indicatoren van het materiaal te berekenen.
Spanning σ = F/A
σ is de treksterkte (MPa)
F is de trekbelasting (N)
A is het dwarsdoorsnedeoppervlak van het monster
2. Trekcurve
Analyse van verschillende fasen van het rekproces:
A. In de OP-fase met een kleine belasting staat de rek in een lineaire relatie met de belasting, en is Fp de maximale belasting om de rechte lijn te behouden.
B. Nadat de belasting Fp overschrijdt, begint de trekcurve een niet-lineair verband aan te nemen. Het monster gaat de initiële vervormingsfase in en de belasting wordt verwijderd, en het monster kan terugkeren naar zijn oorspronkelijke staat en elastisch vervormen.
C. Nadat de belasting Fe overschrijdt, wordt de belasting verwijderd, wordt een deel van de vervorming hersteld en blijft een deel van de resterende vervorming behouden, wat plastische vervorming wordt genoemd. Fe wordt de elastische limiet genoemd.
D. Wanneer de belasting verder toeneemt, vertoont de trekcurve een zaagtand. Wanneer de belasting niet toeneemt of afneemt, wordt het fenomeen van continue verlenging van het experimentele monster vloei genoemd. Na het meegeven begint het monster duidelijke plastische vervorming te ondergaan.
e. Na het meegeven vertoont het monster een toename in vervormingsweerstand, vervormingsharding en vervormingsversterking. Wanneer de belasting Fb bereikt, krimpt hetzelfde deel van het monster scherp. Fb is de sterktelimiet.
F. Het krimpverschijnsel leidt tot een afname van het draagvermogen van het monster. Wanneer de belasting Fk bereikt, breekt het monster. Dit wordt de breukbelasting genoemd.
Opbrengststerkte
De vloeigrens is de maximale spanningswaarde die een metalen materiaal kan weerstaan vanaf het begin van de plastische vervorming tot aan de volledige breuk bij blootstelling aan externe krachten. Deze waarde markeert het kritieke punt waar het materiaal overgaat van de elastische vervormingsfase naar de plastische vervormingsfase.
Classificatie
Bovenste vloeigrens: verwijst naar de maximale spanning van het monster voordat de kracht voor de eerste keer afneemt wanneer vloeiing optreedt.
Lagere vloeigrens: verwijst naar de minimale spanning in de vloeigrens wanneer het aanvankelijke voorbijgaande effect wordt genegeerd. Omdat de waarde van het lagere vloeipunt relatief stabiel is, wordt deze meestal gebruikt als een indicator voor de materiaalweerstand, ook wel vloeigrens of vloeigrens genoemd.
Berekeningsformule
Voor de hoogste vloeigrens: R = F / Sₒ, waarbij F de maximale kracht is voordat de kracht voor de eerste keer daalt in de vloeigrens, en Sₒ het oorspronkelijke dwarsdoorsnede-oppervlak van het monster is.
Voor een lagere vloeigrens: R = F / Sₒ, waarbij F de minimale kracht F is, waarbij het initiële voorbijgaande effect wordt genegeerd, en Sₒ het oorspronkelijke dwarsdoorsnede-oppervlak van het monster is.
Eenheid
De eenheid van vloeigrens is gewoonlijk MPa (megapascal) of N/mm² (Newton per vierkante millimeter).
Voorbeeld
Neem staal met een laag koolstofgehalte als voorbeeld; de vloeigrens is gewoonlijk 207 MPa. Wanneer staal met een laag koolstofgehalte wordt blootgesteld aan een externe kracht die groter is dan deze limiet, zal het permanente vervorming veroorzaken en kan het niet worden hersteld; wanneer het wordt blootgesteld aan een externe kracht die kleiner is dan deze limiet, kan staal met een laag koolstofgehalte terugkeren naar zijn oorspronkelijke staat.
Vloeisterkte is een van de belangrijke indicatoren voor het evalueren van de mechanische eigenschappen van metalen materialen. Het weerspiegelt het vermogen van materialen om weerstand te bieden aan plastische vervorming wanneer ze worden blootgesteld aan externe krachten.
Treksterkte
Treksterkte is het vermogen van een materiaal om schade onder trekbelasting te weerstaan, wat specifiek wordt uitgedrukt als de maximale spanningswaarde die het materiaal kan weerstaan tijdens het trekproces. Wanneer de trekspanning op het materiaal de treksterkte overschrijdt, zal het materiaal plastische vervorming of breuk ondergaan.
Berekeningsformule
De berekeningsformule voor treksterkte (σt) is:
σt = F/A
Waarbij F de maximale trekkracht is (Newton, N) die het monster kan weerstaan voordat het breekt, en A het oorspronkelijke dwarsdoorsnedeoppervlak van het monster is (vierkante millimeter, mm²).
Eenheid
De eenheid van treksterkte is doorgaans MPa (megapascal) of N/mm² (Newton per vierkante millimeter). 1 MPa is gelijk aan 1.000.000 Newton per vierkante meter, wat ook gelijk is aan 1 N/mm².
Beïnvloedende factoren
Treksterkte wordt beïnvloed door vele factoren, waaronder de chemische samenstelling, microstructuur, warmtebehandelingsproces, verwerkingsmethode, enz. Verschillende materialen hebben verschillende treksterkten, dus in praktische toepassingen is het noodzakelijk om geschikte materialen te selecteren op basis van de mechanische eigenschappen van het materiaal. materialen.
Praktische toepassing
Treksterkte is een zeer belangrijke parameter op het gebied van materiaalkunde en techniek, en wordt vaak gebruikt om de mechanische eigenschappen van materialen te evalueren. In termen van constructief ontwerp, materiaalkeuze, veiligheidsbeoordeling, enz. is treksterkte een factor waarmee rekening moet worden gehouden. In de bouwtechniek is de treksterkte van staal bijvoorbeeld een belangrijke factor bij het bepalen of het bestand is tegen belastingen; op het gebied van de lucht- en ruimtevaart is de treksterkte van lichtgewicht en zeer sterke materialen de sleutel tot het waarborgen van de veiligheid van vliegtuigen.
Vermoeidheidssterkte:
Metaalmoeheid verwijst naar het proces waarbij materialen en componenten geleidelijk lokale permanente cumulatieve schade veroorzaken op één of meerdere plaatsen onder cyclische spanning of cyclische spanning, en scheuren of plotselinge volledige breuken optreden na een bepaald aantal cycli.
Functies
Plotselingheid in de tijd: Het falen van metaalmoeheid treedt vaak plotseling en in korte tijd op zonder duidelijke tekenen.
Plaats in positie: Vermoeidheidsfalen treedt meestal op in lokale gebieden waar de stress geconcentreerd is.
Gevoeligheid voor omgeving en defecten: Metaalmoeheid is zeer gevoelig voor de omgeving en kleine defecten in het materiaal, die het vermoeidheidsproces kunnen versnellen.
Beïnvloedende factoren
Spanningsamplitude: De omvang van de spanning heeft rechtstreeks invloed op de vermoeiingslevensduur van het metaal.
Gemiddelde spanningsgrootte: Hoe groter de gemiddelde spanning, hoe korter de vermoeiingslevensduur van het metaal.
Aantal cycli: Hoe vaker het metaal onder cyclische spanning of spanning staat, hoe ernstiger de accumulatie van vermoeiingsschade.
Preventieve maatregelen
Optimaliseer de materiaalkeuze: Selecteer materialen met hogere vermoeidheidslimieten.
Vermindering van de spanningsconcentratie: Verminder de spanningsconcentratie door structurele ontwerp- of verwerkingsmethoden, zoals het gebruik van afgeronde hoekovergangen, het vergroten van de dwarsdoorsnede-afmetingen, enz.
Oppervlaktebehandeling: polijsten, spuiten enz. op het metalen oppervlak om oppervlaktedefecten te verminderen en de vermoeiingssterkte te verbeteren.
Inspectie en onderhoud: Inspecteer regelmatig metalen onderdelen om defecten zoals scheuren onmiddellijk op te sporen en te repareren; onderdelen onderhouden die gevoelig zijn voor vermoeidheid, zoals het vervangen van versleten onderdelen en het versterken van zwakke schakels.
Metaalmoeheid is een veel voorkomende vorm van metaalfalen, die wordt gekenmerkt door plotselingheid, lokaliteit en gevoeligheid voor de omgeving. Spanningsamplitude, gemiddelde spanningsgrootte en aantal cycli zijn de belangrijkste factoren die metaalmoeheid beïnvloeden.
SN-curve: beschrijft de vermoeiingslevensduur van materialen onder verschillende spanningsniveaus, waarbij S spanning vertegenwoordigt en N het aantal spanningscycli vertegenwoordigt.
Formule voor vermoeiingssterktecoëfficiënt:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Waar (Ka) de belastingsfactor is, is (Kb) de groottefactor, (Kc) de temperatuurfactor, (Kd) de oppervlaktekwaliteitsfactor en (Ke) de betrouwbaarheidsfactor.
Wiskundige uitdrukking van de SN-curve:
(\sigma^m N = C)
Waar (\sigma) spanning is, is N het aantal spanningscycli, en zijn m en C materiaalconstanten.
Berekeningsstappen
Bepaal de materiaalconstanten:
Bepaal de waarden van m en C door middel van experimenten of door te verwijzen naar relevante literatuur.
Bepaal de spanningsconcentratiefactor: houd rekening met de werkelijke vorm en grootte van het onderdeel, evenals met de spanningsconcentratie veroorzaakt door afrondingen, spiebanen, enz., om de spanningsconcentratiefactor K te bepalen. Bereken de vermoeiingssterkte: volgens de SN-curve en spanning concentratiefactor, gecombineerd met de ontwerplevensduur en het werkspanningsniveau van het onderdeel, berekent de vermoeiingssterkte.
2. Plasticiteit:
Plasticiteit verwijst naar de eigenschap van een materiaal dat, wanneer het wordt blootgesteld aan externe krachten, permanente vervorming veroorzaakt zonder te breken wanneer de externe kracht zijn elastische limiet overschrijdt. Deze vervorming is onomkeerbaar en het materiaal zal niet terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm, zelfs niet als de externe kracht wordt verwijderd.
Plasticiteitsindex en de berekeningsformule ervan
Verlenging (δ)
Definitie: Rek is het percentage van de totale vervorming van het meetgedeelte nadat het monster door trekbreuk is gebroken tot de oorspronkelijke meetlengte.
Formule: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Waarbij L0 de oorspronkelijke meetlengte van het monster is;
L1 is de meetlengte nadat het monster is gebroken.
Segmentale reductie (Ψ)
Definitie: De segmentale reductie is het percentage van de maximale reductie in het dwarsdoorsnedeoppervlak op het insnoeringspunt nadat het monster is gebroken tot het oorspronkelijke dwarsdoorsnedeoppervlak.
Formule: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Waarbij F0 het oorspronkelijke dwarsdoorsnedeoppervlak van het monster is;
F1 is het dwarsdoorsnedeoppervlak op het insnoeringspunt nadat het monster is gebroken.
3. Hardheid
Metaalhardheid is een mechanische eigenschapsindex om de hardheid van metalen materialen te meten. Het geeft het vermogen aan om weerstand te bieden aan vervorming in het lokale volume op het metalen oppervlak.
Classificatie en weergave van metaalhardheid
Metaalhardheid kent een verscheidenheid aan classificatie- en representatiemethoden volgens verschillende testmethoden. Omvat voornamelijk het volgende:
Brinell-hardheid (HB):
Toepassingsgebied: Over het algemeen gebruikt als het materiaal zachter is, zoals non-ferrometalen, staal vóór warmtebehandeling of na uitgloeien.
Testprincipe: bij een bepaalde testbelasting wordt een gehard stalen kogel of carbide kogel met een bepaalde diameter in het oppervlak van het te testen metaal gedrukt en wordt de belasting na een bepaalde tijd gelost, en de diameter van de inkeping op het te testen oppervlak wordt gemeten.
Berekeningsformule: De Brinell-hardheidswaarde is het quotiënt dat wordt verkregen door de belasting te delen door het bolvormige oppervlak van de inkeping.
Rockwell-hardheid (HR):
Toepassingsgebied: Over het algemeen gebruikt voor materialen met een hogere hardheid, zoals hardheid na warmtebehandeling.
Testprincipe: vergelijkbaar met de Brinell-hardheid, maar met verschillende sondes (diamant) en verschillende berekeningsmethoden.
Typen: Afhankelijk van de toepassing zijn er HRC (voor materialen met hoge hardheid), HRA, HRB en andere typen.
Vickers-hardheid (HV):
Toepassingsgebied: Geschikt voor microscoopanalyse.
Testprincipe: Druk op het materiaaloppervlak met een belasting van minder dan 120 kg en een diamanten vierkante kegelvormige indringer met een tophoek van 136 °, en deel het oppervlak van de materiaalindrukkingskuil door de belastingswaarde om de Vickers-hardheidswaarde te verkrijgen.
Leeb-hardheid (HL):
Kenmerken: Draagbare hardheidsmeter, eenvoudig te meten.
Testprincipe: gebruik de veerkracht die wordt gegenereerd door de impactkogelkop na impact op het hardheidsoppervlak en bereken de hardheid aan de hand van de verhouding van de reboundsnelheid van de stempel op 1 mm van het monsteroppervlak tot de impactsnelheid.
Posttijd: 25 september 2024
