A proba de resistencia á tracción úsase principalmente para determinar a capacidade dos materiais metálicos para resistir danos durante o proceso de estiramento e é un dos indicadores importantes para avaliar as propiedades mecánicas dos materiais.
1. Proba de tracción
A proba de tracción baséase nos principios básicos da mecánica de materiais. Ao aplicar unha carga de tracción á mostra de material baixo certas condicións, prodúcese unha deformación por tracción ata que a mostra se rompe. Durante a proba, rexístrase a deformación da mostra experimental baixo diferentes cargas e a carga máxima cando a mostra se rompe, para calcular o límite elástico, a resistencia á tracción e outros indicadores de rendemento do material.
Tensión σ = F/A
σ é a resistencia á tracción (MPa)
F é a carga de tracción (N)
A é a área da sección transversal da mostra
2. Curva de tracción
Análise de varias etapas do proceso de estiramento:
a. Na fase OP cunha carga pequena, o alongamento está nunha relación lineal coa carga e Fp é a carga máxima para manter a liña recta.
b. Despois de que a carga supere Fp, a curva de tracción comeza a adoptar unha relación non lineal. A mostra entra na fase de deformación inicial, a carga elimínase e a mostra pode volver ao seu estado orixinal e deformarse elasticamente.
c. Despois de que a carga supere Fe, a carga elimínase, parte da deformación restáurase e parte da deformación residual mantense, o que se denomina deformación plástica. Fe denomínase límite elástico.
d. Cando a carga aumenta aínda máis, a curva de tracción mostra unha curva en dentes de serra. Cando a carga non aumenta nin diminúe, o fenómeno de alongamento continuo da mostra experimental chámase cedencia. Despois da cedencia, a mostra comeza a sufrir unha deformación plástica evidente.
e. Despois da cedencia, a mostra mostra un aumento na resistencia á deformación, no endurecemento por deformación e no fortalecemento por deformación. Cando a carga alcanza Fb, a mesma parte da mostra contrae bruscamente. Fb é o límite de resistencia.
f. O fenómeno da retracción leva a unha diminución da capacidade portante da mostra. Cando a carga alcanza Fk, a mostra rompe. Isto chámase carga de fractura.
Resistencia ao rendemento
A resistencia ao desgaste é o valor máximo de tensión que un material metálico pode soportar desde o comezo da deformación plástica ata a fractura completa cando se somete a unha forza externa. Este valor marca o punto crítico onde o material pasa da etapa de deformación elástica á etapa de deformación plástica.
Clasificación
Límite elástico superior: refírese á tensión máxima da mostra antes de que a forza diminúa por primeira vez cando se produce a cedencia.
Límite elástico inferior: refírese á tensión mínima na fase de cedencia cando se ignora o efecto transitorio inicial. Dado que o valor do límite elástico inferior é relativamente estable, adoita utilizarse como indicador da resistencia do material, chamado límite elástico ou límite elástico.
Fórmula de cálculo
Para o límite elástico superior: R = F / Sₒ, onde F é a forza máxima antes de que a forza caia por primeira vez na fase de cedencia e Sₒ é a área da sección transversal orixinal da mostra.
Para un límite elástico máis baixo: R = F / Sₒ, onde F é a forza mínima F ignorando o efecto transitorio inicial, e Sₒ é a área da sección transversal orixinal da mostra.
Unidade
A unidade de límite elástico adoita ser MPa (megapascal) ou N/mm² (Newton por milímetro cadrado).
Exemplo
Tomemos como exemplo o aceiro baixo en carbono, o seu límite de elasticidade adoita ser de 207 MPa. Cando se somete a unha forza externa superior a este límite, o aceiro baixo en carbono producirá unha deformación permanente e non se poderá restaurar; cando se somete a unha forza externa inferior a este límite, o aceiro baixo en carbono pode volver ao seu estado orixinal.
O límite elástico é un dos indicadores importantes para avaliar as propiedades mecánicas dos materiais metálicos. Reflicte a capacidade dos materiais para resistir a deformación plástica cando están sometidos a forzas externas.
Resistencia á tracción
A resistencia á tracción é a capacidade dun material para resistir danos baixo carga de tracción, que se expresa especificamente como o valor máximo de tensión que o material pode soportar durante o proceso de tracción. Cando a tensión de tracción no material supera a súa resistencia á tracción, o material sufrirá deformación plástica ou fractura.
Fórmula de cálculo
A fórmula de cálculo da resistencia á tracción (σt) é:
σt = F / A
Onde F é a forza máxima de tracción (Newton, N) que a mostra pode soportar antes de romperse e A é a área da sección transversal orixinal da mostra (milímetros cadrados, mm²).
Unidade
A unidade de resistencia á tracción adoita ser MPa (megapascal) ou N/mm² (Newton por milímetro cadrado). 1 MPa é igual a 1 000 000 de Newtons por metro cadrado, que tamén é igual a 1 N/mm².
Factores influentes
A resistencia á tracción vese afectada por moitos factores, como a composición química, a microestrutura, o proceso de tratamento térmico, o método de procesamento, etc. Os diferentes materiais teñen diferentes resistencias á tracción, polo que nas aplicacións prácticas é necesario seleccionar materiais axeitados en función das propiedades mecánicas dos materiais.
Aplicación práctica
A resistencia á tracción é un parámetro moi importante no campo da ciencia e a enxeñaría de materiais, e úsase a miúdo para avaliar as propiedades mecánicas dos materiais. En termos de deseño estrutural, selección de materiais, avaliación da seguridade, etc., a resistencia á tracción é un factor que debe considerarse. Por exemplo, na enxeñaría da construción, a resistencia á tracción do aceiro é un factor importante para determinar se pode soportar cargas; no campo da industria aeroespacial, a resistencia á tracción dos materiais lixeiros e de alta resistencia é a clave para garantir a seguridade das aeronaves.
Resistencia á fatiga:
A fatiga metálica refírese ao proceso no que os materiais e compoñentes producen gradualmente danos acumulativos locais permanentes nun ou varios lugares baixo unha tensión ou deformación cíclica, e prodúcense gretas ou fracturas completas repentinas despois dun certo número de ciclos.
Características
Súbita no tempo: A falla por fatiga metálica adoita producirse de súpeto nun curto período de tempo sen signos evidentes.
Localidade na posición: A falla por fatiga adoita producirse en zonas locais onde se concentra a tensión.
Sensibilidade ao ambiente e aos defectos: a fatiga dos metais é moi sensible ao ambiente e aos pequenos defectos do interior do material, o que pode acelerar o proceso de fatiga.
Factores influentes
Amplitude da tensión: A magnitude da tensión afecta directamente á vida útil á fatiga do metal.
Magnitude media da tensión: canto maior sexa a tensión media, máis curta será a vida útil á fatiga do metal.
Número de ciclos: Cantas máis veces o metal estea sometido a unha tensión ou deformación cíclica, maior será a acumulación de danos por fatiga.
Medidas preventivas
Optimizar a selección de materiais: seleccionar materiais con límites de fatiga máis altos.
Redución da concentración de tensións: reducir a concentración de tensións mediante métodos de deseño estrutural ou de procesamento, como o uso de transicións de esquinas redondeadas, o aumento das dimensións da sección transversal, etc.
Tratamento superficial: pulido, pulverización, etc. na superficie metálica para reducir os defectos superficiais e mellorar a resistencia á fatiga.
Inspección e mantemento: inspeccionar regularmente os compoñentes metálicos para detectar e reparar con prontitude defectos como gretas; manter as pezas propensas á fatiga, como substituír as pezas desgastadas e reforzar os elos débiles.
A fatiga metálica é un modo común de falla metálica, que se caracteriza pola súa repentina aparición, localización e sensibilidade ao ambiente. A amplitude da tensión, a magnitude media da tensión e o número de ciclos son os principais factores que afectan á fatiga metálica.
Curva SN: describe a vida á fatiga dos materiais baixo diferentes niveis de tensión, onde S representa a tensión e N representa o número de ciclos de tensión.
Fórmula do coeficiente de resistencia á fatiga:
(Kf = Ka ∫Kb ∫Kc ∫Kd ∫Ke)
Onde (Ka) é o factor de carga, (Kb) é o factor de tamaño, (Kc) é o factor de temperatura, (Kd) é o factor de calidade superficial e (Ke) é o factor de fiabilidade.
Expresión matemática da curva SN:
(\sigma^m N = C)
Onde (σ) é a tensión, N é o número de ciclos de tensión e m e C son constantes do material.
Pasos de cálculo
Determina as constantes materiais:
Determinar os valores de m e C mediante experimentos ou consultando a literatura relevante.
Determinar o factor de concentración de tensión: Tenda en conta a forma e o tamaño reais da peza, así como a concentración de tensión causada por filetes, ranuras de chaveta, etc., para determinar o factor de concentración de tensión K. Calcule a resistencia á fatiga: De acordo coa curva SN e o factor de concentración de tensión, combinados coa vida útil de deseño e o nivel de tensión de traballo da peza, calcule a resistencia á fatiga.
2. Plasticidade:
A plasticidade refírese á propiedade dun material de, cando se somete a unha forza externa, producir unha deformación permanente sen romperse cando a forza externa supera o seu límite elástico. Esta deformación é irreversible e o material non volverá á súa forma orixinal mesmo se se retira a forza externa.
Índice de plasticidade e a súa fórmula de cálculo
Elongación (δ)
Definición: O alongamento é a porcentaxe da deformación total da sección de calibre despois de que a probeta sexa fracturada por tracción ata a lonxitude de calibre orixinal.
Fórmula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Onde L0 é a lonxitude de calibre orixinal da probeta;
L1 é a lonxitude de calibre despois de que a probeta se rompe.
Redución segmentaria (Ψ)
Definición: A redución segmentaria é a porcentaxe da redución máxima na área da sección transversal no punto de estrabamento despois de que a probeta se rompa ata a área da sección transversal orixinal.
Fórmula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
Onde F0 é a área da sección transversal orixinal da mostra;
F1 é a área da sección transversal no punto de estreitamento despois de que a probeta se rompe.
3. Dureza
A dureza dos metais é un índice de propiedades mecánicas que mide a dureza dos materiais metálicos. Indica a capacidade de resistir a deformación no volume local da superficie do metal.
Clasificación e representación da dureza dos metais
A dureza dos metais ten unha variedade de métodos de clasificación e representación segundo os diferentes métodos de proba. Inclúense principalmente os seguintes:
Dureza Brinell (HB):
Ámbito de aplicación: xeralmente úsase cando o material é máis brando, como metais non ferrosos, aceiro antes do tratamento térmico ou despois do recocido.
Principio da proba: Cunha determinada carga de proba, prémese unha bóla de aceiro endurecido ou unha bóla de carburo dun determinado diámetro contra a superficie do metal a probar, descárgase a carga despois dun tempo especificado e mídese o diámetro da indentación na superficie a probar.
Fórmula de cálculo: O valor da dureza Brinell é o cociente obtido ao dividir a carga pola área superficial esférica da indentación.
Dureza Rockwell (HR):
Ámbito de aplicación: Xeralmente úsase para materiais con maior dureza, como a dureza despois do tratamento térmico.
Principio de proba: Semellante á dureza Brinell, pero usando diferentes sondas (diamante) e diferentes métodos de cálculo.
Tipos: Dependendo da aplicación, existen HRC (para materiais de alta dureza), HRA, HRB e outros tipos.
Dureza Vickers (HV):
Ámbito de aplicación: Apto para análises microscópicas.
Principio da proba: Prema a superficie do material cunha carga inferior a 120 kg e un indentador de cono cadrado de diamante cun ángulo de vértice de 136° e divida a área da superficie do burato de indentación do material polo valor da carga para obter o valor de dureza Vickers.
Dureza Leeb (HL):
Características: Durómetro portátil, fácil de medir.
Principio da proba: use o rebote xerado pola cabeza da bóla de impacto despois de impactar na superficie de dureza e calcule a dureza mediante a relación entre a velocidade de rebote do punzón a 1 mm da superficie da mostra e a velocidade de impacto.
Data de publicación: 25 de setembro de 2024
