Thử nghiệm độ bền kéo chủ yếu được sử dụng để xác định khả năng của vật liệu kim loại để chống lại thiệt hại trong quá trình kéo dài và là một trong những chỉ số quan trọng để đánh giá các tính chất cơ học của vật liệu.
1. Kiểm tra độ bền kéo
Thử nghiệm độ bền kéo dựa trên các nguyên tắc cơ bản của cơ học vật liệu. Bằng cách áp dụng tải trọng kéo cho mẫu vật liệu trong một số điều kiện nhất định, nó gây ra biến dạng kéo cho đến khi mẫu bị hỏng. Trong quá trình thử nghiệm, biến dạng của mẫu thử nghiệm dưới các tải trọng khác nhau và tải tối đa khi phá vỡ mẫu được ghi lại, để tính toán cường độ năng suất, cường độ kéo và các chỉ số hiệu suất khác của vật liệu.
Căng thẳng σ = f/a
σ là độ bền kéo (MPA)
F là tải trọng kéo (n)
A là khu vực cắt ngang của mẫu vật
2. Đường cong kéo
Phân tích một số giai đoạn của quá trình kéo dài:
Một. Trong giai đoạn OP với tải trọng nhỏ, độ giãn dài nằm trong mối quan hệ tuyến tính với tải và FP là tải tối đa để duy trì đường thẳng.
b. Sau khi tải vượt quá FP, đường cong kéo bắt đầu có mối quan hệ phi tuyến tính. Mẫu đi vào giai đoạn biến dạng ban đầu và tải được loại bỏ, và mẫu có thể trở về trạng thái ban đầu và biến dạng tinh vi.
c. Sau khi tải trọng vượt quá Fe, tải được loại bỏ, một phần của biến dạng được khôi phục và một phần của biến dạng còn lại được giữ lại, được gọi là biến dạng dẻo. Fe được gọi là giới hạn đàn hồi.
d. Khi tải tăng hơn nữa, đường cong kéo cho thấy Sawtooth. Khi tải không tăng hoặc giảm, hiện tượng kéo dài liên tục của mẫu thử nghiệm được gọi là năng suất. Sau khi năng suất, mẫu bắt đầu trải qua biến dạng dẻo rõ ràng.
e. Sau khi năng suất, mẫu cho thấy sự gia tăng khả năng chống biến dạng, làm việc cứng và tăng cường biến dạng. Khi tải đạt đến FB, cùng một phần của mẫu co lại mạnh mẽ. FB là giới hạn sức mạnh.
f. Hiện tượng co ngót dẫn đến giảm khả năng chịu lực của mẫu. Khi tải đạt đến FK, mẫu bị vỡ. Đây được gọi là tải trọng gãy.
Sức mạnh năng suất
Sức mạnh năng suất là giá trị ứng suất tối đa mà vật liệu kim loại có thể chịu được từ đầu biến dạng dẻo để hoàn toàn gãy khi chịu lực bên ngoài. Giá trị này đánh dấu điểm quan trọng trong đó các vật liệu chuyển từ giai đoạn biến dạng đàn hồi sang giai đoạn biến dạng dẻo.
Phân loại
Sức mạnh năng suất trên: đề cập đến ứng suất tối đa của mẫu trước khi lực giảm lần đầu tiên khi năng suất xảy ra.
Sức mạnh năng suất thấp hơn: đề cập đến ứng suất tối thiểu trong giai đoạn năng suất khi hiệu ứng thoáng qua ban đầu bị bỏ qua. Vì giá trị của điểm năng suất thấp hơn tương đối ổn định, nó thường được sử dụng như một chỉ số của điện trở vật liệu, được gọi là điểm năng suất hoặc cường độ năng suất.
Công thức tính toán
Đối với cường độ năng suất trên: r = f / sₒ, trong đó f là lực tối đa trước khi lực giảm lần đầu tiên trong giai đoạn năng suất và Sₒ là diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu.
Đối với cường độ năng suất thấp hơn: r = f / sₒ, trong đó F là lực tối thiểu F bỏ qua hiệu ứng thoáng qua ban đầu và Sₒ là diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu.
Đơn vị
Đơn vị sức mạnh năng suất thường là MPA (megapascal) hoặc N/mm² (Newton trên mỗi milimet vuông).
Ví dụ
Lấy thép carbon thấp làm ví dụ, giới hạn năng suất của nó thường là 207MPa. Khi chịu một lực bên ngoài lớn hơn giới hạn này, thép carbon thấp sẽ tạo ra biến dạng vĩnh viễn và không thể được phục hồi; Khi chịu lực bên ngoài ít hơn giới hạn này, thép carbon thấp có thể trở về trạng thái ban đầu.
Sức mạnh năng suất là một trong những chỉ số quan trọng để đánh giá các tính chất cơ học của vật liệu kim loại. Nó phản ánh khả năng của vật liệu chống biến dạng dẻo khi chịu các lực bên ngoài.
Độ bền kéo
Độ bền kéo là khả năng của vật liệu chống lại thiệt hại dưới tải trọng kéo, được biểu thị cụ thể là giá trị ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trong quá trình kéo. Khi ứng suất kéo lên vật liệu vượt quá cường độ kéo của nó, vật liệu sẽ trải qua biến dạng hoặc gãy dẻo.
Công thức tính toán
Công thức tính toán cho độ bền kéo (σt) là:
σt = f / a
Trong đó F là lực kéo tối đa (Newton, N) mà mẫu vật có thể chịu được trước khi phá vỡ và A là diện tích mặt cắt ban đầu của mẫu vật (vuông milimet, mm²).
Đơn vị
Đơn vị độ bền kéo thường là MPA (megapascal) hoặc N/mm² (Newton trên mỗi milimet vuông). 1 MPa bằng 1.000.000 Newton trên mỗi mét vuông, cũng bằng 1 N/mm².
Các yếu tố ảnh hưởng
Độ bền kéo bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm thành phần hóa học, cấu trúc vi mô, quá trình xử lý nhiệt, phương pháp xử lý, v.v ... Các vật liệu khác nhau có độ bền kéo khác nhau, vì vậy trong các ứng dụng thực tế, cần phải chọn vật liệu phù hợp dựa trên các tính chất cơ học của nguyên vật liệu.
Ứng dụng thực tế
Độ bền kéo là một thông số rất quan trọng trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật vật liệu, và thường được sử dụng để đánh giá các tính chất cơ học của vật liệu. Về mặt thiết kế kết cấu, lựa chọn vật liệu, đánh giá an toàn, v.v., độ bền kéo là một yếu tố phải được xem xét. Ví dụ, trong kỹ thuật xây dựng, độ bền kéo của thép là một yếu tố quan trọng trong việc xác định liệu nó có thể chịu được tải trọng hay không; Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, độ bền kéo của vật liệu nhẹ và cường độ cao là chìa khóa để đảm bảo an toàn cho máy bay.
Sức mạnh mệt mỏi:
Mệt mỏi kim loại đề cập đến quá trình trong đó các vật liệu và linh kiện gây ra thiệt hại tích lũy vĩnh viễn cục bộ ở một hoặc một số nơi đang bị căng thẳng theo chu kỳ hoặc căng thẳng theo chu kỳ, và các vết nứt hoặc gãy xương hoàn toàn đột ngột xảy ra sau một số chu kỳ nhất định.
Đặc trưng
Đột nhiên trong thời gian: Thất bại mệt mỏi kim loại thường xảy ra đột ngột trong một khoảng thời gian ngắn mà không có dấu hiệu rõ ràng.
Địa phương ở vị trí: Thất bại mệt mỏi thường xảy ra ở các khu vực địa phương nơi tập trung căng thẳng.
Độ nhạy cảm với môi trường và khiếm khuyết: Mệt mỏi kim loại rất nhạy cảm với môi trường và các khiếm khuyết nhỏ bên trong vật liệu, có thể đẩy nhanh quá trình mệt mỏi.
Các yếu tố ảnh hưởng
Biên độ căng thẳng: Độ lớn của ứng suất ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ mỏi của kim loại.
Độ căng thẳng trung bình: Ứng suất trung bình càng lớn, tuổi thọ mỏi của kim loại càng ngắn.
Số chu kỳ: Càng nhiều lần kim loại bị căng thẳng hoặc căng thẳng theo chu kỳ, việc tích lũy tổn thương mệt mỏi càng nghiêm trọng.
Các biện pháp phòng ngừa
Tối ưu hóa lựa chọn vật liệu: Chọn vật liệu có giới hạn mệt mỏi cao hơn.
Giảm nồng độ ứng suất: Giảm nồng độ ứng suất thông qua các phương pháp thiết kế hoặc xử lý kết cấu, chẳng hạn như sử dụng chuyển đổi góc tròn, tăng kích thước mặt cắt ngang, v.v.
Xử lý bề mặt: đánh bóng, phun, vv trên bề mặt kim loại để giảm khuyết tật bề mặt và cải thiện sức mạnh mệt mỏi.
Kiểm tra và bảo trì: Thường xuyên kiểm tra các thành phần kim loại để phát hiện và sửa chữa các khiếm khuyết nhanh chóng như các vết nứt; Duy trì các bộ phận dễ bị mệt mỏi, chẳng hạn như thay thế các bộ phận bị mòn và củng cố các liên kết yếu.
Mệt mỏi kim loại là một chế độ thất bại kim loại phổ biến, được đặc trưng bởi sự đột ngột, địa phương và độ nhạy cảm với môi trường. Biên độ ứng suất, cường độ ứng suất trung bình và số lượng chu kỳ là các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự mệt mỏi của kim loại.
Đường cong SN: Mô tả tuổi thọ mỏi của vật liệu dưới các mức độ căng thẳng khác nhau, trong đó s biểu thị căng thẳng và N đại diện cho số lượng chu kỳ căng thẳng.
Công thức hệ số sức mạnh mệt mỏi:
(Kf = ka \ cdot kb \ cdot kc \ cdot kd \ cdot ke)
Trong đó (KA) là hệ số tải, (kb) là yếu tố kích thước, (kC) là hệ số nhiệt độ, (kD) là yếu tố chất lượng bề mặt và (KE) là yếu tố độ tin cậy.
Biểu thức toán học đường cong SN:
(\ sigma^m n = c)
Trong đó (\ sigma) là căng thẳng, n là số chu kỳ căng thẳng và m và c là hằng số vật chất.
Các bước tính toán
Xác định các hằng số vật liệu:
Xác định các giá trị của M và C thông qua các thí nghiệm hoặc bằng cách tham khảo các tài liệu liên quan.
Xác định yếu tố nồng độ ứng suất: Xem xét hình dạng và kích thước thực tế của phần, cũng như nồng độ ứng suất gây ra bởi phi lê, khóa, v.v., để xác định yếu tố nồng độ ứng suất K. Yếu tố tập trung, kết hợp với tuổi thọ thiết kế và mức độ căng thẳng làm việc của phần, tính toán sức mạnh mệt mỏi.
2. Độ dẻo:
Độ dẻo đề cập đến tính chất của một vật liệu, khi chịu lực bên ngoài, tạo ra biến dạng vĩnh viễn mà không phá vỡ khi lực bên ngoài vượt quá giới hạn đàn hồi của nó. Biến dạng này là không thể đảo ngược, và vật liệu sẽ không trở lại hình dạng ban đầu ngay cả khi lực bên ngoài được loại bỏ.
Chỉ số dẻo và công thức tính toán của nó
Độ giãn dài ()
Định nghĩa: Độ giãn dài là tỷ lệ phần trăm của tổng biến dạng của phần đo sau khi mẫu bị gãy xương theo chiều dài của máy đo ban đầu.
Công thức: = (L1 - L0) / L0 × 100%
Trong đó L0 là chiều dài đo ban đầu của mẫu vật;
L1 là chiều dài đo sau khi mẫu vật bị phá vỡ.
Giảm phân đoạn ()
Định nghĩa: Việc giảm phân đoạn là tỷ lệ phần trăm giảm tối đa trong khu vực mặt cắt ngang tại điểm cổ sau khi mẫu vật bị phá vỡ ở khu vực cắt ngang ban đầu.
Công thức: ψ = (f0 - f1) / f0 × 100%
Trong đó F0 là khu vực mặt cắt ngang ban đầu của mẫu vật;
F1 là khu vực mặt cắt ngang tại điểm cổ sau khi mẫu vật bị phá vỡ.
3. Độ cứng
Độ cứng kim loại là một chỉ số thuộc tính cơ học để đo độ cứng của vật liệu kim loại. Nó chỉ ra khả năng chống biến dạng trong thể tích cục bộ trên bề mặt kim loại.
Phân loại và đại diện cho độ cứng kim loại
Độ cứng kim loại có nhiều phương pháp phân loại và biểu diễn theo các phương pháp thử nghiệm khác nhau. Chủ yếu bao gồm những điều sau:
Độ cứng của Brinell (HB):
Phạm vi ứng dụng: Thường được sử dụng khi vật liệu mềm hơn, chẳng hạn như kim loại màu, thép trước khi xử lý nhiệt hoặc sau khi ủ.
Nguyên tắc kiểm tra: Với kích thước nhất định của tải thử, một quả bóng thép cứng hoặc quả bóng cacbua có đường kính nhất định được ép vào bề mặt của kim loại để được kiểm tra, và tải được dỡ xuống sau một thời gian xác định và đường kính của vết lõm Trên bề mặt cần được kiểm tra được đo.
Công thức tính toán: Giá trị độ cứng Brinell là thương số thu được bằng cách chia tải cho diện tích bề mặt hình cầu của vết lõm.
Độ cứng của Rockwell (HR):
Phạm vi ứng dụng: Thường được sử dụng cho các vật liệu có độ cứng cao hơn, chẳng hạn như độ cứng sau khi xử lý nhiệt.
Nguyên tắc kiểm tra: Tương tự như độ cứng của Brinell, nhưng sử dụng các đầu dò khác nhau (kim cương) và các phương pháp tính toán khác nhau.
Các loại: Tùy thuộc vào ứng dụng, có HRC (đối với vật liệu độ cứng cao), HRA, HRB và các loại khác.
Độ cứng của Vickers (HV):
Phạm vi ứng dụng: Thích hợp để phân tích kính hiển vi.
Nguyên tắc kiểm tra: Nhấn bề mặt vật liệu với tải dưới 120kg và lớp hình nón vuông kim cương với góc đỉnh là 136 ° và phân chia diện tích bề mặt của hố thụt vật liệu cho giá trị tải để có được giá trị độ cứng Vickers.
Độ cứng Leeb (HL):
Tính năng: Người kiểm tra độ cứng di động, dễ đo.
Nguyên tắc kiểm tra: Sử dụng độ nảy được tạo ra bởi đầu bóng va chạm sau khi tác động đến bề mặt độ cứng và tính độ cứng theo tỷ lệ tốc độ rebound của cú đấm ở mức 1mm từ bề mặt mẫu với tốc độ va chạm.
Thời gian đăng: Tháng 9-25-2024
