Մետաղական նյութերի մեխանիկական հատկությունների ամփոփում

Ձգման ամրության փորձարկումը հիմնականում օգտագործվում է մետաղական նյութերի ձգման ընթացքում վնասմանը դիմակայելու ունակությունը որոշելու համար և նյութերի մեխանիկական հատկությունների գնահատման կարևոր ցուցանիշներից մեկն է։

1. Ձգման փորձարկում

Ձգման փորձարկումը հիմնված է նյութական մեխանիկայի հիմնական սկզբունքների վրա: Որոշակի պայմաններում նյութական նմուշի վրա ձգման բեռ կիրառելով՝ այն առաջացնում է ձգման դեֆորմացիա մինչև նմուշի կոտրվելը: Փորձարկման ընթացքում գրանցվում են փորձարարական նմուշի դեֆորմացիան տարբեր բեռների տակ և առավելագույն բեռը, երբ նմուշը կոտրվում է, որպեսզի հաշվարկվեն նյութի հոսունության սահմանը, ձգման ամրությունը և նյութի այլ աշխատանքային ցուցանիշներ:

Լարվածություն σ = F/A

σ-ն ձգման ամրությունն է (ՄՊա)

F-ը ձգման բեռն է (N)

A-ն նմուշի լայնական հատույթի մակերեսն է

2. Ձգման կոր

Ձգման գործընթացի մի քանի փուլերի վերլուծություն.

ա. Փոքր բեռով OP փուլում երկարացումը գծային հարաբերության մեջ է բեռի հետ, և Fp-ն ուղիղ գիծը պահպանելու համար անհրաժեշտ առավելագույն բեռն է։

բ. Երբ բեռը գերազանցում է Fp-ն, ձգման կորը սկսում է ընդունել ոչ գծային կապ։ Նմուշը մտնում է սկզբնական դեֆորմացիայի փուլ, բեռը հանվում է, և նմուշը կարող է վերադառնալ իր սկզբնական վիճակին և առաձգականորեն դեֆորմացվել։

գ. Երբ բեռը գերազանցում է Fe-ն, այն վերանում է, դեֆորմացիայի մի մասը վերականգնվում է, իսկ մնացորդային դեֆորմացիայի մի մասը պահպանվում է, ինչը կոչվում է պլաստիկ դեֆորմացիա։ Fe-ն կոչվում է առաձգականության սահման։

դ. Երբ բեռը ավելի է մեծանում, ձգման կորը ցույց է տալիս սղոցաձև ատամներ։ Երբ բեռը չի մեծանում կամ նվազում, փորձարարական նմուշի անընդհատ երկարացման երևույթը կոչվում է զիջում։ Զիջումից հետո նմուշը սկսում է ենթարկվել ակնհայտ պլաստիկ դեֆորմացիայի։

ե. Հոսքվելուց հետո նմուշը ցույց է տալիս դեֆորմացիայի դիմադրության, աշխատանքային կարծրացման և դեֆորմացիայի ամրապնդման աճ: Երբ բեռը հասնում է Fb-ին, նմուշի նույն մասը կտրուկ կծկվում է: Fb-ն ամրության սահմանն է:

զ. Կծկման երևույթը հանգեցնում է նմուշի կրողունակության նվազմանը: Երբ բեռը հասնում է Fk-ի, նմուշը կոտրվում է: Սա կոչվում է կոտրման բեռ:

Հոսքի ուժ

Հոսունության սահմանը առավելագույն լարման արժեքն է, որին մետաղական նյութը կարող է դիմակայել պլաստիկ դեֆորմացիայի սկզբից մինչև լրիվ կոտրվածք՝ արտաքին ուժի ազդեցության տակ։ Այս արժեքը նշում է այն կրիտիկական կետը, երբ նյութը անցնում է առաձգական դեֆորմացիայի փուլից պլաստիկ դեֆորմացիայի փուլ։

Դասակարգում

Վերին հոսունության սահմանը. վերաբերում է նմուշի առավելագույն լարմանը մինչև ուժի առաջին անկումը, երբ տեղի է ունենում հոսունություն։

Ստորին հոսունության սահման. վերաբերում է հոսունության փուլում նվազագույն լարմանը, երբ սկզբնական անցումային էֆեկտը անտեսվում է: Քանի որ ստորին հոսունության սահմանի արժեքը համեմատաբար կայուն է, այն սովորաբար օգտագործվում է որպես նյութի դիմադրության ցուցանիշ, որը կոչվում է հոսունության սահման կամ հոսունության սահման:

Հաշվարկման բանաձև

Վերին հոսունության սահմանի համար՝ R = F / Sₒ, որտեղ F-ը հոսունության փուլում ուժի առաջին անգամ անկումից առաջ եղած առավելագույն ուժն է, իսկ Sₒ-ը՝ նմուշի սկզբնական լայնական հատույթի մակերեսը։

Ավելի ցածր հոսունության սահմանի համար՝ R = F / Sₒ, որտեղ F-ը նվազագույն ուժն է F՝ անտեսելով սկզբնական անցումային էֆեկտը, իսկ Sₒ-ը՝ նմուշի սկզբնական լայնական հատույթի մակերեսը։

Միավոր

Հոսունության սահմանի միավորը սովորաբար MPa-ն է (մեգապասկալ) կամ N/mm²-ը (Նյուտոն մեկ քառակուսի միլիմետրի համար):

Օրինակ

Որպես օրինակ վերցրեք ցածր ածխածնային պողպատը, որի հոսունության սահմանը սովորաբար 207 ՄՊա է: Այս սահմանից մեծ արտաքին ուժի ազդեցության տակ ցածր ածխածնային պողպատը կառաջացնի մշտական ​​դեֆորմացիա և չի կարող վերականգնվել. այս սահմանից փոքր արտաքին ուժի ազդեցության տակ ցածր ածխածնային պողպատը կարող է վերադառնալ իր սկզբնական վիճակին:

Մետաղական նյութերի մեխանիկական հատկությունների գնահատման կարևոր ցուցանիշներից մեկը հոսունության սահմանն է։ Այն արտացոլում է նյութերի՝ արտաքին ուժերի ազդեցության տակ պլաստիկ դեֆորմացիային դիմակայելու ունակությունը։

Ձգման ամրություն

Ձգման ամրությունը նյութի ունակությունն է դիմադրելու ձգման բեռի ազդեցության տակ վնասմանը, որը հատուկ արտահայտվում է որպես առավելագույն լարման արժեք, որին նյութը կարող է դիմանալ ձգման գործընթացում: Երբ նյութի վրա ձգման լարումը գերազանցում է դրա ձգման ամրությունը, նյութը ենթարկվում է պլաստիկ դեֆորմացիայի կամ կոտրվածքի:

Հաշվարկման բանաձև

Ձգման ամրության (σt) հաշվարկման բանաձևը հետևյալն է.

σt = F / A

Որտեղ F-ը առավելագույն ձգման ուժն է (Նյուտոն, N), որին նմուշը կարող է դիմանալ կոտրվելուց առաջ, իսկ A-ն՝ նմուշի սկզբնական լայնական հատույթի մակերեսը (քառակուսի միլիմետր, մմ²):

Միավոր

Ձգման ամրության միավորը սովորաբար MPa-ն է (մեգապասկալ) կամ N/մմ²-ը (Նյուտոն մեկ քառակուսի միլիմետրի համար): 1 ՄՊա-ն հավասար է 1,000,000 Նյուտոնի մեկ քառակուսի մետրի համար, որը նույնպես հավասար է 1 N/մմ²-ի:

Ազդեցող գործոններ

Ձգման ամրության վրա ազդում են բազմաթիվ գործոններ, այդ թվում՝ քիմիական կազմը, միկրոկառուցվածքը, ջերմային մշակման գործընթացը, մշակման մեթոդը և այլն: Տարբեր նյութեր ունեն տարբեր ձգման ամրություններ, ուստի գործնական կիրառություններում անհրաժեշտ է ընտրել համապատասխան նյութեր՝ հիմնվելով նյութերի մեխանիկական հատկությունների վրա:

Գործնական կիրառություն

Ձգման ամրությունը շատ կարևոր պարամետր է նյութագիտության և ճարտարագիտության ոլորտում և հաճախ օգտագործվում է նյութերի մեխանիկական հատկությունները գնահատելու համար: Կառուցվածքային նախագծման, նյութերի ընտրության, անվտանգության գնահատման և այլնի առումով ձգման ամրությունը գործոն է, որը պետք է հաշվի առնել: Օրինակ՝ շինարարական ճարտարագիտության մեջ պողպատի ձգման ամրությունը կարևոր գործոն է այն որոշելու համար, թե արդյոք այն կարող է դիմակայել բեռներին. ավիատիեզերական արդյունաբերության ոլորտում թեթև և բարձր ամրության նյութերի ձգման ամրությունը ինքնաթիռների անվտանգությունն ապահովելու բանալին է:

Հոգնածության ուժգնություն.

Մետաղի հոգնածությունը վերաբերում է այն գործընթացին, որի ընթացքում նյութերն ու բաղադրիչները ցիկլիկ լարման կամ ցիկլիկ դեֆորմացիայի ազդեցության տակ մեկ կամ մի քանի տեղերում աստիճանաբար առաջացնում են տեղային մշտական ​​կուտակային վնաս, իսկ որոշակի թվով ցիկլերից հետո առաջանում են ճաքեր կամ հանկարծակի լրիվ կոտրվածքներ։

Հատկանիշներ

Հանկարծակիություն ժամանակի մեջ. Մետաղի հոգնածության պատճառով ձախողումը հաճախ տեղի է ունենում հանկարծակի՝ կարճ ժամանակահատվածում, առանց ակնհայտ նշանների:

Տեղայնությունը դիրքում. Հոգնածության անբավարարությունը սովորաբար տեղի է ունենում տեղային տարածքներում, որտեղ կենտրոնացված է սթրեսը:

Զգայունություն շրջակա միջավայրի և թերությունների նկատմամբ. Մետաղի հոգնածությունը շատ զգայուն է շրջակա միջավայրի և նյութի ներսում առկա փոքր թերությունների նկատմամբ, որոնք կարող են արագացնել հոգնածության գործընթացը։

Ազդեցող գործոններ

Լարման ամպլիտուդ. Լարման մեծությունը անմիջականորեն ազդում է մետաղի հոգնածության դիմացկունության ժամկետի վրա։

Միջին լարման մեծություն. Որքան մեծ է միջին լարումը, այնքան կարճ է մետաղի հոգնածության կյանքը։

Ցիկլերի քանակը. Որքան շատ անգամ է մետաղը ենթարկվում ցիկլիկ լարվածության կամ լարվածության, այնքան ավելի լուրջ է կուտակված հոգնածության վնասը։

Կանխարգելիչ միջոցառումներ

Օպտիմալացրեք նյութի ընտրությունը. ընտրեք նյութեր ավելի բարձր հոգնածության սահմաններով։

Լարվածության կենտրոնացման նվազեցում. Լարվածության կենտրոնացումը նվազեցրեք կառուցվածքային նախագծման կամ մշակման մեթոդների միջոցով, ինչպիսիք են կլորացված անկյունային անցումների օգտագործումը, լայնական հատույթի չափերի մեծացումը և այլն:

Մակերեսային մշակում. մետաղական մակերեսի վրա հղկում, ցողում և այլն՝ մակերեսային թերությունները նվազեցնելու և հոգնածության դիմադրությունը բարելավելու համար։

Ստուգում և սպասարկում. պարբերաբար ստուգեք մետաղական բաղադրիչները՝ ճաքերի նման թերությունները ժամանակին հայտնաբերելու և վերանորոգելու համար, պահպանեք հոգնածության հակված մասերը, օրինակ՝ փոխարինելով մաշված մասերը և ամրացնելով թույլ օղակները։

Մետաղի հոգնածությունը մետաղի տարածված փլուզման եղանակ է, որը բնութագրվում է հանկարծակիությամբ, տեղայնությամբ և շրջակա միջավայրի նկատմամբ զգայունությամբ: Լարման ամպլիտուդը, լարման միջին մեծությունը և ցիկլերի քանակը մետաղի հոգնածության վրա ազդող հիմնական գործոններն են:

SN կորը նկարագրում է նյութերի հոգնածության կյանքը տարբեր լարվածության մակարդակների դեպքում, որտեղ S-ը ներկայացնում է լարվածությունը, իսկ N-ը՝ լարվածության ցիկլերի քանակը։

Հոգնածության ուժի գործակցի բանաձևը՝

(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)

Որտեղ (Ka)-ն բեռնվածության գործակիցն է, (Kb)-ն՝ չափի գործակիցը, (Kc)-ն՝ ջերմաստիճանի գործակիցը, (Kd)-ն՝ մակերեսի որակի գործակիցը, իսկ (Ke)-ն՝ հուսալիության գործակիցը։

SN կորի մաթեմատիկական արտահայտություն՝

(\սիգմա^մ N = C)

Որտեղ (\sigma)-ն լարվածությունն է, N-ը՝ լարվածության ցիկլերի քանակը, իսկ m-ը և C-ն՝ նյութական հաստատունները։

Հաշվարկման քայլեր

Որոշեք նյութական հաստատունները՝

Որոշեք m և C արժեքները փորձերի միջոցով կամ համապատասխան գրականությանը հղում անելով։

Որոշեք լարման կոնցենտրացիայի գործակիցը. Հաշվի առեք մասի իրական ձևն ու չափը, ինչպես նաև ֆիլեների, բանալիների անցքերի և այլնի կողմից առաջացած լարման կոնցենտրացիան՝ լարման կոնցենտրացիայի գործակիցը K որոշելու համար: Հաշվարկեք հոգնածության դիմադրությունը. Համաձայն SN կորի և լարման կոնցենտրացիայի գործակցի, որը զուգորդվում է մասի նախագծային կյանքի տևողության և աշխատանքային լարման մակարդակի հետ, հաշվարկեք հոգնածության դիմադրությունը:

2. Պլաստիկություն։

Պլաստիկությունը վերաբերում է նյութի այն հատկությանը, որը արտաքին ուժի ազդեցության տակ առաջացնում է մշտական ​​դեֆորմացիա՝ առանց կոտրվելու, երբ արտաքին ուժը գերազանցում է իր առաձգականության սահմանը։ Այս դեֆորմացիան անշրջելի է, և նյութը չի վերադառնա իր սկզբնական ձևին, նույնիսկ եթե արտաքին ուժը վերացվի։

Պլաստիկության ինդեքսը և դրա հաշվարկման բանաձևը

Երկարացում (δ)

Սահմանում. Երկարացումը չափիչ հատվածքի ընդհանուր դեֆորմացիայի տոկոսն է նմուշի ձգման կոտրվածքից մինչև սկզբնական չափիչ երկարությունը։

Բանաձև՝ δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

որտեղ L0-ն նմուշի սկզբնական տրամաչափի երկարությունն է;

L1-ը նմուշի կոտրվելուց հետո չափիչի երկարությունն է։

Սեգմենտային կրճատում (Ψ)

Սահմանում. Սեգմենտային կրճատումը պարանոցի կետում լայնական հատույթի մակերեսի առավելագույն կրճատման տոկոսն է, այն բանից հետո, երբ նմուշը կոտրվում է մինչև սկզբնական լայնական հատույթի մակերեսը։

Բանաձև՝ Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

որտեղ F0-ն նմուշի սկզբնական լայնական հատույթի մակերեսն է։

F1-ը նմուշի կոտրվելուց հետո պարանոցի կետում լայնական հատույթի մակերեսն է։

3. Կարծրություն

Մետաղի կարծրությունը մեխանիկական հատկությունների ցուցանիշ է, որը չափում է մետաղական նյութերի կարծրությունը։ Այն ցույց է տալիս մետաղի մակերեսի տեղական ծավալում դեֆորմացիային դիմադրելու ունակությունը։

Մետաղի կարծրության դասակարգումը և ներկայացումը

Մետաղի կարծրությունը ունի դասակարգման և ներկայացման բազմազան մեթոդներ՝ ըստ տարբեր փորձարկման մեթոդների։ Հիմնականում ներառում են հետևյալը՝

Բրինելի կարծրություն (HB):

Կիրառման շրջանակը. Սովորաբար օգտագործվում է, երբ նյութը ավելի մեղմ է, ինչպիսիք են գունավոր մետաղները, պողպատը ջերմային մշակումից առաջ կամ թրծելուց հետո:

Փորձարկման սկզբունքը. որոշակի չափի փորձարկման բեռի դեպքում որոշակի տրամագծով կարծրացված պողպատե կամ կարբիդային գունդը սեղմվում է փորձարկվող մետաղի մակերեսին, և որոշակի ժամանակ անց բեռը բեռնաթափվում է, և չափվում է փորձարկվող մակերեսի վրա անցքի տրամագիծը։

Հաշվարկման բանաձև. Բրինելի կարծրության արժեքը բեռը փորվածքի գնդաձև մակերեսին բաժանելով ստացվող քանորդն է։

Ռոքվելի կարծրություն (HR):

Կիրառման շրջանակը. Ընդհանուր առմամբ օգտագործվում է ավելի բարձր կարծրություն ունեցող նյութերի համար, ինչպիսիք են ջերմային մշակումից հետո կարծրությունը:

Փորձարկման սկզբունքը. Նման է Բրինելի կարծրությանը, բայց օգտագործելով տարբեր զոնդեր (ադամանդե) և տարբեր հաշվարկման մեթոդներ։

Տեսակներ՝ կախված կիրառությունից, կան HRC (բարձր կարծրության նյութերի համար), HRA, HRB և այլ տեսակներ։

Վիկերսի կարծրություն (HV):

Կիրառման շրջանակը՝ Հարմար է մանրադիտակային վերլուծության համար։

Փորձարկման սկզբունքը՝ սեղմեք նյութի մակերեսը 120 կգ-ից պակաս բեռով և 136° գագաթնակետային անկյան տակ գտնվող ադամանդե քառակուսի կոնաձև փորիչով, և նյութի փորման փոսի մակերեսը բաժանեք բեռի արժեքի վրա՝ Վիկերսի կարծրության արժեքը ստանալու համար։

Լիբի կարծրություն (HL):

Հատկանիշներ՝ դյուրակիր կարծրության չափիչ, հեշտ չափվող։

Փորձարկման սկզբունքը՝ Օգտագործեք հարվածային գնդիկի գլխիկի կողմից կարծրության մակերեսին հարվածելուց հետո առաջացած ցատկը և հաշվարկեք կարծրությունը նմուշի մակերեսից 1 մմ հեռավորության վրա գտնվող դակիչի ցատկի արագության և հարվածի արագության հարաբերակցությամբ։