Մետաղական նյութերի մեխանիկական հատկությունների ամփոփում

Հզորության առաձգական փորձարկումը հիմնականում օգտագործվում է ձգվող գործընթացի ընթացքում մետաղական նյութերի վնասին դիմակայելու ունակությունը որոշելու համար և հանդիսանում է նյութերի մեխանիկական հատկությունները գնահատելու կարևոր ցուցիչներից մեկը:

1. Առաձգական փորձարկում

Առաձգական փորձարկումը հիմնված է նյութական մեխանիկայի հիմնական սկզբունքների վրա: Որոշակի պայմաններում նյութի նմուշի վրա առաձգական բեռ կիրառելով, այն առաջացնում է առաձգական դեֆորմացիա, մինչև նմուշը կոտրվի: Փորձարկման ընթացքում գրանցվում են փորձնական նմուշի դեֆորմացիան տարբեր բեռների տակ և առավելագույն բեռնվածություն, երբ նմուշի ընդմիջումը կատարվում է, որպեսզի հաշվարկվի նյութի զիջման ուժը, առաձգական ուժը և այլ կատարողական ցուցանիշները:

Սթրես σ = F/A

σ-ն առաձգական ուժն է (MPa)

F-ը առաձգական բեռն է (N)

A-ն նմուշի խաչմերուկի տարածքն է

2. Ձգվող կոր

Ձգվող գործընթացի մի քանի փուլերի վերլուծություն.

ա. Փոքր ծանրաբեռնվածությամբ OP փուլում երկարացումը գծային հարաբերությունների մեջ է բեռի հետ, իսկ Fp-ն ուղիղ գիծը պահպանելու առավելագույն բեռնվածությունն է:

բ. Այն բանից հետո, երբ բեռը գերազանցում է Fp-ն, առաձգական կորը սկսում է ոչ գծային հարաբերություն ունենալ: Նմուշը մտնում է նախնական դեֆորմացման փուլ, և բեռը հանվում է, և նմուշը կարող է վերադառնալ իր սկզբնական վիճակին և առաձգականորեն դեֆորմացնել:

գ. Այն բանից հետո, երբ բեռը գերազանցում է Fe-ն, բեռը հանվում է, դեֆորմացիայի մի մասը վերականգնվում է, իսկ մնացորդային դեֆորմացիայի մի մասը պահպանվում է, որը կոչվում է պլաստիկ դեֆորմացիա։ Fe-ն կոչվում է առաձգական սահման:

դ. Երբ բեռը ավելի է մեծանում, առաձգական կորը ցույց է տալիս սղոցը: Երբ ծանրաբեռնվածությունը չի ավելանում կամ նվազում, փորձնական նմուշի շարունակական երկարացման երեւույթը կոչվում է զիջում։ Նմուշը զիջելուց հետո սկսում է ակնհայտ պլաստիկ դեֆորմացիայի ենթարկվել։

ե. Նմուշը զիջելուց հետո ցույց է տալիս դեֆորմացման դիմադրության աճ, աշխատանքի կարծրացում և դեֆորմացիայի ամրապնդում: Երբ բեռը հասնում է Fb-ին, նմուշի նույն հատվածը կտրուկ փոքրանում է։ Fb-ն ուժի սահմանն է:

զ. Կծկման երեւույթը հանգեցնում է նմուշի կրող հզորության նվազմանը: Երբ բեռը հասնում է Fk-ին, նմուշը կոտրվում է: Սա կոչվում է կոտրվածքի բեռ:

Եկամտաբերության ուժ

Ելքի ուժը սթրեսի առավելագույն արժեքն է, որին մետաղական նյութը կարող է դիմակայել պլաստիկ դեֆորմացիայի սկզբից մինչև ամբողջական կոտրվածք, երբ ենթարկվում է արտաքին ուժի: Այս արժեքը նշում է այն կրիտիկական կետը, որտեղ նյութը անցնում է առաձգական դեֆորմացիայի փուլից դեպի պլաստիկ դեֆորմացման փուլ:

Դասակարգում

Վերին զիջման ուժ. վերաբերում է նմուշի առավելագույն լարվածությանը, նախքան ուժի առաջին անկումը, երբ տեղի է ունենում զիջում:

Ավելի ցածր զիջման ուժ. վերաբերում է նվազագույն լարմանը զիջման փուլում, երբ նախնական անցողիկ ազդեցությունը անտեսվում է: Քանի որ ցածր ելքի կետի արժեքը համեմատաբար կայուն է, այն սովորաբար օգտագործվում է որպես նյութի դիմադրության ցուցիչ, որը կոչվում է զիջման կետ կամ զիջման ուժ:

Հաշվարկի բանաձև

Վերին զիջման ուժի համար՝ R = F / Sₒ, որտեղ F-ն առավելագույն ուժն է մինչև ուժի առաջին անգամ իջնելը զիջման փուլում, իսկ Sₒ-ը նմուշի սկզբնական խաչմերուկի տարածքն է:

Ավելի ցածր զիջման ուժի համար՝ R = F / Sₒ, որտեղ F-ը նվազագույն ուժն է F՝ անտեսելով նախնական անցողիկ ազդեցությունը, իսկ Sₒ-ը նմուշի սկզբնական խաչմերուկի տարածքն է:

Միավոր

Ելքի ուժի միավորը սովորաբար ՄՊա (մեգապասկալ) կամ N/mm² է (Նյուտոն մեկ քառակուսի միլիմետրի համար):

Օրինակ

Որպես օրինակ վերցրեք ցածր ածխածնային պողպատը, դրա եկամտաբերության սահմանը սովորաբար 207 ՄՊա է: Այս սահմանից ավելի արտաքին ուժի ենթարկվելու դեպքում ցածր ածխածնային պողպատը կառաջացնի մշտական ​​դեֆորմացիա և չի կարող վերականգնվել: Այս սահմանից պակաս արտաքին ուժի ենթարկվելու դեպքում ցածր ածխածնային պողպատը կարող է վերադառնալ իր սկզբնական վիճակին:

Ելքի ուժը մետաղական նյութերի մեխանիկական հատկությունների գնահատման կարևոր ցուցիչներից է։ Այն արտացոլում է նյութերի կարողությունը դիմակայելու պլաստիկ դեֆորմացիային, երբ ենթարկվում են արտաքին ուժերին:

Առաձգական ուժ

Առաձգական ուժը նյութի կարողությունն է դիմակայել վնասին առաձգական բեռի տակ, որը հատուկ արտահայտվում է որպես առավելագույն լարվածության արժեք, որին նյութը կարող է դիմակայել առաձգական գործընթացի ընթացքում: Երբ նյութի վրա ձգվող լարվածությունը գերազանցում է իր առաձգական ուժը, նյութը կենթարկվի պլաստիկ դեֆորմացիայի կամ կոտրվածքի:

Հաշվարկի բանաձև

Առաձգական ուժի (σt) հաշվարկման բանաձևը հետևյալն է.

σt = F / A

Որտեղ F-ը առաձգական առավելագույն ուժն է (Նյուտոն, N), որին նմուշը կարող է դիմակայել մինչև կոտրվելը, իսկ A-ն նմուշի սկզբնական խաչմերուկի մակերեսն է (քառակուսի միլիմետր, մմ²):

Միավոր

Առաձգական ուժի միավորը սովորաբար ՄՊա (մեգապասկալ) կամ N/mm² է (Նյուտոն մեկ քառակուսի միլիմետրի համար): 1 ՄՊա-ն հավասար է 1,000,000 Նյուտոնի մեկ քառակուսի մետրի համար, որը նույնպես հավասար է 1 Ն/մմ²:

Ազդող գործոններ

Առաձգական ուժի վրա ազդում են բազմաթիվ գործոններ, այդ թվում՝ քիմիական բաղադրությունը, միկրոկառուցվածքը, ջերմային մշակման գործընթացը, մշակման եղանակը և այլն: Տարբեր նյութերն ունեն տարբեր առաձգական դիմադրություն, ուստի գործնական կիրառության մեջ անհրաժեշտ է ընտրել համապատասխան նյութեր՝ ելնելով դրանց մեխանիկական հատկություններից: նյութեր.

Գործնական կիրառություն

Առաձգական ուժը շատ կարևոր պարամետր է նյութերի գիտության և ճարտարագիտության ոլորտում և հաճախ օգտագործվում է նյութերի մեխանիկական հատկությունները գնահատելու համար: Կառուցվածքային նախագծման, նյութի ընտրության, անվտանգության գնահատման և այլնի առումով առաձգական ուժը գործոն է, որը պետք է հաշվի առնել: Օրինակ, շինարարական ճարտարագիտության մեջ պողպատի առաձգական ուժը կարևոր գործոն է որոշելու, թե արդյոք այն կարող է դիմակայել բեռներին. Ավիատիեզերական ոլորտում, թեթև և բարձր ամրության նյութերի առաձգական ուժը օդանավերի անվտանգության ապահովման բանալին է:

Հոգնածության ուժ.

Մետաղական հոգնածությունը վերաբերում է գործընթացին, երբ նյութերը և բաղադրիչները աստիճանաբար առաջացնում են տեղական մշտական ​​կուտակային վնաս մեկ կամ մի քանի վայրերում ցիկլային սթրեսի կամ ցիկլային լարվածության պայմաններում, և ճաքեր կամ հանկարծակի ամբողջական կոտրվածքներ առաջանում են որոշակի թվով ցիկլերից հետո:

Առանձնահատկություններ

Հանկարծակի ժամանակի ընթացքում. Մետաղական հոգնածության ձախողումը հաճախ տեղի է ունենում հանկարծակի կարճ ժամանակահատվածում, առանց ակնհայտ նշանների:

Տեղայնությունը դիրքում. հոգնածության ձախողումը սովորաբար տեղի է ունենում տեղական այն տարածքներում, որտեղ կենտրոնացած է սթրեսը:

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

Ազդող գործոններ

Սթրեսի ամպլիտուդ. Սթրեսի մեծությունն ուղղակիորեն ազդում է մետաղի հոգնածության վրա:

Լարվածության միջին մեծությունը. Որքան մեծ է միջին լարվածությունը, այնքան ավելի կարճ է մետաղի հոգնածության ժամկետը:

Ցիկլերի քանակը. Որքան շատ անգամ է մետաղը գտնվում ցիկլային սթրեսի կամ լարվածության տակ, այնքան ավելի լուրջ է հոգնածության վնասի կուտակումը:

Կանխարգելիչ միջոցառումներ

Օպտիմալացնել նյութերի ընտրությունը. Ընտրեք նյութեր հոգնածության ավելի բարձր սահմաններով:

Սթրեսի կոնցենտրացիայի նվազեցում. Նվազեցնել սթրեսի կոնցենտրացիան կառուցվածքային նախագծման կամ մշակման մեթոդների միջոցով, ինչպիսիք են՝ օգտագործելով կլորացված անկյունային անցումներ, մեծացնելով խաչմերուկի չափերը և այլն:

Մակերեւութային մշակում. փայլեցում, ցողում և այլն մետաղի մակերեսի վրա՝ մակերեսային թերությունները նվազեցնելու և հոգնածության ուժը բարելավելու համար:

Ստուգում և սպասարկում. Պարբերաբար ստուգեք մետաղական բաղադրիչները՝ արագ հայտնաբերելու և վերանորոգելու այնպիսի թերություններ, ինչպիսիք են ճաքերը. պահպանել հոգնածության հակված մասերը, ինչպիսիք են մաշված մասերի փոխարինումը և թույլ օղակների ամրացումը:

Մետաղների հոգնածությունը մետաղի խափանման սովորական ռեժիմ է, որը բնութագրվում է հանկարծակի, տեղայնությամբ և շրջակա միջավայրի նկատմամբ զգայունությամբ: Սթրեսի ամպլիտուդը, լարվածության միջին մեծությունը և ցիկլերի քանակը մետաղի հոգնածության վրա ազդող հիմնական գործոններն են:

SN կոր. նկարագրում է նյութերի հոգնածության կյանքը տարբեր լարվածության մակարդակներում, որտեղ S-ը ներկայացնում է սթրեսը, իսկ N-ը ներկայացնում է լարվածության ցիկլերի քանակը:

Հոգնածության ուժի գործակցի բանաձևը.

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

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

SN կորի մաթեմատիկական արտահայտություն.

(\sigma^m N = C)

Այնտեղ, որտեղ (\sigma) սթրեսն է, N-ը լարվածության ցիկլերի թիվն է, իսկ m-ը և C-ն նյութական հաստատուններ են:

Հաշվարկման քայլեր

Որոշեք նյութական հաստատունները.

Որոշեք m-ի և C-ի արժեքները փորձերի միջոցով կամ հղում կատարելով համապատասխան գրականությանը:

Որոշեք լարվածության կոնցենտրացիայի գործոնը. հաշվի առեք մասի իրական ձևն ու չափը, ինչպես նաև լարվածության կոնցենտրացիան, որը առաջանում է ֆիլեների, առանցքների և այլնի կողմից, սթրեսի համակենտրոնացման գործակիցը K-ն որոշելու համար: Հաշվեք հոգնածության ուժը՝ ըստ SN կորի և լարվածության: համակենտրոնացման գործակիցը, զուգակցված նախագծային կյանքի և մասի աշխատանքային լարվածության մակարդակի հետ, հաշվարկում է հոգնածության ուժը:

2. Պլաստիկություն:

Պլաստիկությունը վերաբերում է նյութի հատկությանը, որը, երբ ենթարկվում է արտաքին ուժի, առաջացնում է մշտական ​​դեֆորմացիա՝ առանց կոտրվելու, երբ արտաքին ուժը գերազանցում է իր առաձգական սահմանը: Այս դեֆորմացիան անշրջելի է, և նյութը չի վերադառնա իր սկզբնական ձևին, նույնիսկ եթե արտաքին ուժը հեռացվի:

Պլաստիկության ինդեքսը և դրա հաշվարկման բանաձևը

Երկարացում (δ)

Սահմանում. Երկարացումը չափիչի հատվածի ընդհանուր դեֆորմացիայի տոկոսն է այն բանից հետո, երբ նմուշը ձգվում է մինչև չափիչի սկզբնական երկարությունը:

Բանաձև՝ δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

Որտեղ L0-ը նմուշի սկզբնական չափիչի երկարությունն է.

L1-ը նմուշի կոտրվելուց հետո չափիչի երկարությունն է:

Սեգմենտային կրճատում (Ψ)

Սահմանում. Սեգմենտային կրճատումը վզիկի կետում խաչմերուկի տարածքի առավելագույն կրճատման տոկոսն է այն բանից հետո, երբ նմուշը կոտրվել է նախնական խաչմերուկի տարածքի վրա:

Բանաձև՝ Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

Որտեղ F0-ը նմուշի սկզբնական խաչմերուկն է.

F1-ը նմուշի կոտրվելուց հետո պարանոցի հատվածի հատվածն է:

3. Կարծրություն

Մետաղների կարծրությունը մետաղական նյութերի կարծրությունը չափելու մեխանիկական հատկության ինդեքս է: Այն ցույց է տալիս մետաղի մակերեսի վրա տեղական ծավալի դեֆորմացիային դիմակայելու ունակությունը:

Մետաղների կարծրության դասակարգում և ներկայացում

Մետաղական կարծրությունը ունի տարբեր դասակարգման և ներկայացման մեթոդներ՝ ըստ տարբեր փորձարկման մեթոդների: Հիմնականում ներառում են հետևյալը.

Brinell կարծրություն (HB):

Կիրառման շրջանակը. Սովորաբար օգտագործվում է, երբ նյութը ավելի փափուկ է, օրինակ՝ գունավոր մետաղները, պողպատը ջերմային մշակումից առաջ կամ կռելուց հետո:

Փորձարկման սկզբունք. Փորձարկման բեռի որոշակի չափի դեպքում որոշակի տրամագծով պողպատից կարծրացված գնդիկ կամ կարբիդային գնդիկ սեղմվում է փորձարկվող մետաղի մակերեսի մեջ, և բեռը բեռնաթափվում է որոշակի ժամանակից հետո, և անցքի տրամագիծը: փորձարկվող մակերեսի վրա չափվում է:

Հաշվարկի բանաձև. Բրինելի կարծրության արժեքն այն գործակիցն է, որը ստացվում է բեռը բաժանելով գնդաձև մակերեսի վրա:

Rockwell կարծրություն (HR):

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

Փորձարկման սկզբունք. Նման է Բրինելի կարծրությանը, բայց օգտագործելով տարբեր զոնդեր (ադամանդ) և տարբեր հաշվարկման մեթոդներ:

Տեսակները. Կախված կիրառությունից, կան HRC (բարձր կարծրության նյութերի համար), HRA, HRB և այլ տեսակներ:

Vickers կարծրություն (HV):

Կիրառման շրջանակը. Հարմար է մանրադիտակային վերլուծության համար:

Փորձարկման սկզբունք. Սեղմեք 120 կգ-ից պակաս ծանրաբեռնվածությամբ նյութի մակերեսը և 136° գագաթային անկյունով ադամանդե քառակուսի կոնի շեղիչ, և նյութի ներթափանցման փոսի մակերեսը բաժանեք բեռնվածքի արժեքին՝ ստանալու համար Vickers կարծրության արժեքը:

Leeb կարծրություն (HL):

Առանձնահատկություններ. Դյուրակիր կարծրության չափիչ, հեշտ չափվող:

Փորձարկման սկզբունք. Օգտագործեք հարվածային գնդիկի գլխով առաջացած ցատկումը կարծրության մակերեսին ազդելուց հետո և հաշվարկեք կարծրությունը՝ 1 մմ նմուշի մակերևույթից մինչև հարվածի արագության հարաբերակցությամբ: