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. Ensaio de tracción
A proba de tracción baséase nos principios básicos da mecánica de materiais. Ao aplicar unha carga de tracción á mostra de material en determinadas condicións, provoca unha deformación por tracción ata que a mostra rompe. Durante a proba, rexístrase a deformación da mostra experimental baixo diferentes cargas e a carga máxima cando se rompe a mostra, para calcular o límite de fluencia, 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 fases 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 supera Fp, a curva de tracción comeza a ter 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 elásticamente.
c. Despois de que a carga exceda Fe, a carga elimínase, parte da deformación é restaurada e parte da deformación residual é conservada, o que se denomina deformación plástica. Fe denomínase límite elástico.
d. Cando a carga aumenta aínda máis, a curva de tracción mostra un dente de serra. Cando a carga non aumenta ou diminúe, o fenómeno de alongamento continuo da mostra experimental chámase cedemento. Despois de ceder, a mostra comeza a sufrir unha evidente deformación plástica.
e. Despois de ceder, a mostra mostra un aumento da resistencia á deformación, endurecemento por traballo e reforzo da deformación. Cando a carga chega a Fb, a mesma parte da mostra encóllese bruscamente. Fb é o límite de forza.
f. O fenómeno de encollemento leva a unha diminución da capacidade de carga da mostra. Cando a carga chega a Fk, a mostra rompe. Isto chámase carga de fractura.
Resistencia de rendemento
O límite de fluencia é o valor máximo de tensión que pode soportar un material metálico desde o inicio da deformación plástica ata a fractura completa cando se somete a forza externa. Este valor marca o punto crítico onde o material pasa da fase de deformación elástica á fase de deformación plástica.
Clasificación
Limite de fluencia superior: refírese á tensión máxima da mostra antes de que a forza caia por primeira vez cando se produce a fluencia.
Menor límite de fluencia: refírese á tensión mínima na fase de fluencia cando se ignora o efecto transitorio inicial. Dado que o valor do límite de fluencia inferior é relativamente estable, adoita utilizarse como un indicador da resistencia do material, chamado límite de fluencia ou límite de fluencia.
Fórmula de cálculo
Para o límite de fluencia superior: R = F / Sₒ, onde F é a forza máxima antes de que a forza caia por primeira vez na fase de fluencia, e Sₒ é a área da sección transversal orixinal da mostra.
Para un límite de fluencia inferior: 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 de fluencia é normalmente MPa (megapascal) ou N/mm² (Newton por milímetro cadrado).
Exemplo
Tome como exemplo o aceiro baixo en carbono, o seu límite de rendemento 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 poderá ser restaurado; cando se somete a unha forza externa inferior a este límite, o aceiro baixo en carbono pode volver ao seu estado orixinal.
O límite de fluencia 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 unha carga de tracción, que se expresa especificamente como o valor máximo de tensión que o material pode soportar durante o proceso de tracción. Cando o esforzo de tracción sobre o 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 máxima forza de tracción (Newton, N) que pode soportar a mostra antes de romperse, e A é a área da sección transversal orixinal da mostra (milímetro cadrado, 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 que inflúen
A resistencia á tracción está afectada por moitos factores, incluíndo 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, en aplicacións prácticas, é necesario seleccionar materiais axeitados en función das propiedades mecánicas do material. materiais.
Aplicación práctica
A resistencia á tracción é un parámetro moi importante no campo da ciencia e da enxeñaría de materiais, e adoita utilizarse para avaliar as propiedades mecánicas dos materiais. En canto ao deseño estrutural, selección de materiais, avaliación da seguridade, etc., a resistencia á tracción é un factor que hai que ter en conta. Por exemplo, na enxeñaría da construción, a resistencia á tracción do aceiro é un factor importante para determinar se pode soportar cargas; no campo 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 os compoñentes producen gradualmente un dano acumulativo permanente local nun ou varios lugares baixo tensión cíclica ou tensión cíclica, e se producen gretas ou fracturas completas repentinas despois dun determinado número de ciclos.
Características
Repentina no tempo: a falla por fatiga do metal adoita ocorrer de súpeto nun curto período de tempo sen signos evidentes.
Localidade en posición: a falla por fatiga adoita ocorrer en áreas locais onde se concentra o estrés.
Sensibilidade ao medio ambiente e defectos: a fatiga do metal é moi sensible ao medio ambiente e aos pequenos defectos no interior do material, que poden acelerar o proceso de fatiga.
Factores que inflúen
Amplitude da tensión: a magnitude da tensión afecta directamente a vida útil do metal por fatiga.
Magnitude da tensión media: canto maior sexa a tensión media, menor será a vida útil do metal por fatiga.
Número de ciclos: cantas máis veces o metal estea sometido a tensión ou tensión cíclica, máis grave será a acumulación de danos por fatiga.
Medidas preventivas
Optimizar a selección de materiais: seleccione materiais con límites de fatiga máis altos.
Reducir a concentración de tensión: reduce a concentración de tensión mediante métodos de deseño ou procesamento estrutural, 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 da superficie e mellorar a resistencia á fatiga.
Inspección e mantemento: inspeccione regularmente os compoñentes metálicos para detectar e reparar rapidamente defectos como gretas; manter pezas propensas á fatiga, como substituír pezas desgastadas e reforzar enlaces débiles.
A fatiga metálica é un modo común de falla de metal, que se caracteriza pola súbita, a localización e a sensibilidade ao medio ambiente. A amplitude da tensión, a magnitude media da tensión e o número de ciclos son os principais factores que afectan á fatiga do metal.
Curva SN: describe a vida a 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 \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot 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 da superficie e (Ke) é o factor de fiabilidade.
Expresión matemática da curva SN:
(\sigma^m N = C)
Onde (\sigma) é a tensión, N é o número de ciclos de tensión e m e C son constantes materiais.
Pasos de cálculo
Determine as constantes materiais:
Determine os valores de m e C mediante experimentos ou facendo referencia á literatura relevante.
Determinar o factor de concentración de tensión: Considere a forma e o tamaño reais da peza, así como a concentración de tensión causada por filetes, chavetas, etc., para determinar o factor de concentración de tensión K. Calcular a resistencia á fatiga: Segundo a curva SN e a tensión. o factor de concentración, combinado coa vida útil de deseño e o nivel de tensión de traballo da peza, calcula a resistencia á fatiga.
2. Plasticidade:
A plasticidade refírese á propiedade dun material que, ao ser sometido a unha forza externa, produce 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 aínda que se elimine a forza externa.
Índice de plasticidade e a súa fórmula de cálculo
Alongamento (δ)
Definición: a elongación é a porcentaxe da deformación total da sección de calibre despois de que a mostra se fracture por tracción ata a lonxitude do calibre orixinal.
Fórmula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Onde L0 é a lonxitude calibre orixinal da mostra;
L1 é a lonxitude calibre despois da rotura da mostra.
Redución segmentaria (Ψ)
Definición: a redución segmentaria é a porcentaxe da redución máxima na área da sección transversal no punto de pescozo despois de que a mostra se rompe 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 pescozo despois da rotura da mostra.
3. Dureza
A dureza do metal é un índice de propiedades mecánicas para medir a dureza dos materiais metálicos. Indica a capacidade de resistir a deformación no volume local da superficie metálica.
Clasificación e representación da dureza do metal
A dureza do metal ten unha variedade de métodos de clasificación e representación segundo diferentes métodos de proba. Inclúe principalmente o seguinte:
Dureza Brinell (HB):
Ámbito de aplicación: úsase xeralmente cando o material é máis brando, como metais non férreos, aceiro antes do tratamento térmico ou despois do recocido.
Principio de proba: cun determinado tamaño de carga de proba, unha bola de aceiro endurecido ou unha bola de carburo dun determinado diámetro preséntase na superficie do metal que se vai probar e a carga descárgase despois dun tempo determinado e o diámetro da sangría. mídese na superficie a probar.
Fórmula de cálculo: O valor de dureza Brinell é o cociente que se obtén dividindo a carga entre a superficie esférica da sangría.
Dureza Rockwell (HR):
Ámbito de aplicación: úsase xeralmente para materiais con maior dureza, como a dureza despois do tratamento térmico.
Principio de proba: similar á dureza Brinell, pero utilizando diferentes sondas (diamante) e métodos de cálculo diferentes.
Tipos: dependendo da aplicación, hai HRC (para materiais de alta dureza), HRA, HRB e outros tipos.
Dureza Vickers (HV):
Ámbito de aplicación: Adecuado para análise de microscopio.
Principio da proba: preme a superficie do material cunha carga inferior a 120 kg e un penetrador de cono cadrado de diamante cun ángulo de vértice de 136 °, e divide a superficie do pozo de indentación do material polo valor de 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 de bola de impacto despois de impactar na superficie de dureza e calcule a dureza pola relación entre a velocidade de rebote do punzón a 1 mm da superficie da mostra e a velocidade de impacto.
Hora de publicación: 25-09-2024
