Draghållfasthetstestet används huvudsakligen för att bestämma metallmaterialens förmåga att motstå skador under sträckningsprocessen, och är en av de viktiga indikatorerna för att utvärdera materialens mekaniska egenskaper.
1. Dragprov
Dragprovet bygger på materialmekanikens grundläggande principer. Genom att applicera en dragbelastning på materialprovet under vissa förhållanden orsakar det dragdeformation tills provet går sönder. Under testet registreras deformationen av det experimentella provet under olika belastningar och den maximala belastningen när provet går sönder, för att beräkna materialets sträckgräns, draghållfasthet och andra prestandaindikatorer.
Spänning σ = F/A
σ är draghållfastheten (MPa)
F är dragbelastningen (N)
A är provets tvärsnittsarea
2. Dragkurva
Analys av flera stadier av sträckningsprocessen:
a. I OP-steget med liten belastning är förlängningen i ett linjärt förhållande till belastningen, och Fp är den maximala belastningen för att upprätthålla den räta linjen.
b. Efter att belastningen överstiger Fp, börjar dragkurvan att ta ett icke-linjärt samband. Provet går in i det initiala deformationsstadiet, och belastningen tas bort, och provet kan återgå till sitt ursprungliga tillstånd och elastiskt deformeras.
c. Efter att belastningen överstiger Fe tas belastningen bort, en del av deformationen återställs och en del av den kvarvarande deformationen behålls, vilket kallas plastisk deformation. Fe kallas för den elastiska gränsen.
d. När belastningen ökar ytterligare visar dragkurvan sågtand. När belastningen inte ökar eller minskar, kallas fenomenet med kontinuerlig förlängning av experimentprovet att ge efter. Efter att ha gett sig börjar provet genomgå tydlig plastisk deformation.
e. Efter eftergivenhet visar provet en ökning av deformationsmotstånd, arbetshärdning och deformationsförstärkning. När belastningen når Fb krymper samma del av provet kraftigt. Fb är styrkagränsen.
f. Krympningsfenomenet leder till en minskning av provets bärförmåga. När belastningen når Fk bryts provet. Detta kallas frakturbelastningen.
Avkastningsstyrka
Sträckgräns är det maximala spänningsvärde som ett metallmaterial kan motstå från början av plastisk deformation till fullständig brott när det utsätts för yttre kraft. Detta värde markerar den kritiska punkten där materialet övergår från det elastiska deformationsstadiet till det plastiska deformationsstadiet.
Klassificering
Övre sträckgräns: hänvisar till den maximala spänningen hos provet innan kraften sjunker för första gången när svängning inträffar.
Lägre sträckgräns: hänvisar till den minsta spänningen i sträckstadiet när den initiala transienta effekten ignoreras. Eftersom värdet på den lägre sträckgränsen är relativt stabil används den vanligtvis som en indikator på materialbeständighet, så kallad sträckgräns eller sträckgräns.
Beräkningsformel
För övre sträckgräns: R = F / Sₒ, där F är den maximala kraften innan kraften sjunker för första gången i sträckstadiet, och Sₒ är provets ursprungliga tvärsnittsarea.
För lägre sträckgräns: R = F/Sₒ, där F är den minsta kraften F som ignorerar den initiala transienta effekten, och Sₒ är provets ursprungliga tvärsnittsarea.
Enhet
Enheten för sträckgräns är vanligtvis MPa (megapascal) eller N/mm² (Newton per kvadratmillimeter).
Exempel
Ta lågkolstål som ett exempel, dess flytgräns är vanligtvis 207 MPa. När det utsätts för en yttre kraft som är större än denna gräns kommer stål med låg kolhalt att producera permanent deformation och kan inte återställas; när det utsätts för en yttre kraft som är mindre än denna gräns kan stål med låg kolhalt återgå till sitt ursprungliga tillstånd.
Sträckgräns är en av de viktiga indikatorerna för att utvärdera de mekaniska egenskaperna hos metallmaterial. Det återspeglar materialens förmåga att motstå plastisk deformation när de utsätts för yttre krafter.
Draghållfasthet
Draghållfasthet är ett materials förmåga att motstå skador under dragbelastning, vilket uttrycks specifikt som det maximala spänningsvärde som materialet kan motstå under dragprocessen. När dragspänningen på materialet överstiger dess draghållfasthet kommer materialet att genomgå plastisk deformation eller brott.
Beräkningsformel
Beräkningsformeln för draghållfasthet (σt) är:
σt = F/A
Där F är den maximala dragkraften (Newton, N) som provet kan motstå innan det går sönder, och A är provets ursprungliga tvärsnittsarea (kvadratmillimeter, mm²).
Enhet
Enheten för draghållfasthet är vanligtvis MPa (megapascal) eller N/mm² (Newton per kvadratmillimeter). 1 MPa är lika med 1 000 000 Newton per kvadratmeter, vilket också är lika med 1 N/mm².
Påverkande faktorer
Draghållfastheten påverkas av många faktorer, inklusive den kemiska sammansättningen, mikrostrukturen, värmebehandlingsprocessen, bearbetningsmetod, etc. Olika material har olika draghållfasthet, så i praktiska tillämpningar är det nödvändigt att välja lämpliga material baserat på de mekaniska egenskaperna hos material.
Praktisk tillämpning
Draghållfasthet är en mycket viktig parameter inom materialvetenskap och teknik, och används ofta för att utvärdera de mekaniska egenskaperna hos material. När det gäller strukturell utformning, materialval, säkerhetsbedömning etc. är draghållfasthet en faktor som måste beaktas. Till exempel inom byggnadsteknik är stålets draghållfasthet en viktig faktor för att avgöra om det tål belastningar; inom flyg- och rymdområdet är draghållfastheten hos lätta och höghållfasta material nyckeln till att garantera flygplanens säkerhet.
Trötthetsstyrka:
Metallutmattning avser den process där material och komponenter gradvis producerar lokala permanenta kumulativa skador på ett eller flera ställen under cyklisk belastning eller cyklisk belastning, och sprickor eller plötsliga fullständiga brott uppstår efter ett visst antal cykler.
Drag
Plötslighet i tid: Metalltrötthetsbrott inträffar ofta plötsligt på kort tid utan uppenbara tecken.
Lokalitet i position: Trötthetssvikt uppstår vanligtvis i lokala områden där stressen är koncentrerad.
Känslighet för miljö och defekter: Metallutmattning är mycket känslig för miljön och små defekter inuti materialet, vilket kan påskynda utmattningsprocessen.
Påverkande faktorer
Spänningsamplitud: Spänningens storlek påverkar direkt metallens utmattningslivslängd.
Genomsnittlig spänningsstorlek: Ju större medelspänningen är, desto kortare blir metallens utmattningslivslängd.
Antal cykler: Ju fler gånger metallen är under cyklisk påfrestning eller belastning, desto allvarligare blir ansamlingen av utmattningsskador.
Förebyggande åtgärder
Optimera materialval: Välj material med högre utmattningsgränser.
Minska spänningskoncentrationen: Minska spänningskoncentrationen genom strukturell design eller bearbetningsmetoder, som att använda rundade hörnövergångar, öka tvärsnittsdimensioner, etc.
Ytbehandling: Polering, sprutning etc. på metallytan för att minska ytdefekter och förbättra utmattningshållfastheten.
Inspektion och underhåll: Inspektera regelbundet metallkomponenter för att snabbt upptäcka och reparera defekter som sprickor; underhålla delar som är utsatta för utmattning, som att byta ut slitna delar och förstärka svaga länkar.
Metallutmattning är ett vanligt metallbrottsläge som kännetecknas av plötslighet, lokalitet och känslighet för omgivningen. Spänningsamplitud, medelspänningsstorlek och antal cykler är de viktigaste faktorerna som påverkar metallutmattning.
SN-kurva: beskriver utmattningslivslängden för material under olika spänningsnivåer, där S representerar spänning och N representerar antalet spänningscykler.
Formel för utmattningskoefficient:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Där (Ka) är belastningsfaktorn, (Kb) är storleksfaktorn, (Kc) är temperaturfaktorn, (Kd) är ytkvalitetsfaktorn och (Ke) är tillförlitlighetsfaktorn.
SN-kurva matematiskt uttryck:
(\sigma^m N = C)
Där (\sigma) är spänning, N är antalet spänningscykler och m och C är materialkonstanter.
Beräkningssteg
Bestäm materialkonstanter:
Bestäm värdena för m och C genom experiment eller genom att hänvisa till relevant litteratur.
Bestäm spänningskoncentrationsfaktorn: Beakta den faktiska formen och storleken på delen, samt spänningskoncentrationen orsakad av filéer, kilspår etc., för att bestämma spänningskoncentrationsfaktorn K. Beräkna utmattningshållfasthet: Enligt SN-kurvan och spänningen koncentrationsfaktor, i kombination med konstruktionens livslängd och arbetsspänningsnivå för detaljen, beräknar utmattningshållfastheten.
2. Plasticitet:
Plasticitet avser egenskapen hos ett material som, när det utsätts för yttre kraft, producerar permanent deformation utan att gå sönder när den yttre kraften överskrider dess elastiska gräns. Denna deformation är irreversibel, och materialet kommer inte att återgå till sin ursprungliga form även om den yttre kraften avlägsnas.
Plasticitetsindex och dess beräkningsformel
Förlängning (δ)
Definition: Förlängning är procentandelen av den totala deformationen av mätsektionen efter att provet har dragbrotts till den ursprungliga mätlängden.
Formel: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Där L0 är provets ursprungliga mätlängd;
L1 är mätlängden efter att provet har brutits.
Segmentell minskning (Ψ)
Definition: Segmentreduktionen är procentandelen av den maximala minskningen av tvärsnittsarean vid halspunkten efter att provet har brutits till den ursprungliga tvärsnittsarean.
Formel: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
Där F0 är provets ursprungliga tvärsnittsarea;
F1 är tvärsnittsarean vid halspunkten efter att provet har brutits.
3. Hårdhet
Metallhårdhet är ett mekaniskt egenskapsindex för att mäta hårdheten hos metallmaterial. Det indikerar förmågan att motstå deformation i den lokala volymen på metallytan.
Klassificering och representation av metallhårdhet
Metallhårdhet har en mängd olika klassificerings- och representationsmetoder enligt olika testmetoder. Inkludera huvudsakligen följande:
Brinell hårdhet (HB):
Användningsområde: Används generellt när materialet är mjukare, såsom icke-järnmetaller, stål före värmebehandling eller efter glödgning.
Testprincip: Med en viss storlek av testbelastning pressas en härdad stålkula eller hårdmetallkula med en viss diameter in i ytan på metallen som ska testas, och lasten avlastas efter en angiven tid, och diametern på fördjupningen på ytan som ska testas mäts.
Beräkningsformel: Brinell-hårdhetsvärdet är den kvot som erhålls genom att dividera belastningen med fördjupningens sfäriska yta.
Rockwell hårdhet (HR):
Användningsområde: Används generellt för material med högre hårdhet, såsom hårdhet efter värmebehandling.
Testprincip: Liknar Brinells hårdhet, men med olika sonder (diamant) och olika beräkningsmetoder.
Typer: Beroende på applikation finns HRC (för material med hög hårdhet), HRA, HRB och andra typer.
Vickers hårdhet (HV):
Användningsområde: Lämplig för mikroskopanalys.
Testprincip: Pressa materialets yta med en belastning på mindre än 120 kg och en indragare med kvadratisk diamantkon med en spetsvinkel på 136°, och dela ytan på materialfördjupningsgropen med belastningsvärdet för att få Vickers hårdhetsvärde.
Leeb hårdhet (HL):
Funktioner: Bärbar hårdhetstestare, lätt att mäta.
Testprincip: Använd studsen som genereras av slagkulans huvud efter att ha träffat hårdhetsytan, och beräkna hårdheten med förhållandet mellan rebound-hastigheten för stansen vid 1 mm från provytan till slaghastigheten.
Posttid: 2024-09-25
