Ujian tegangan kekuatan digunakan terutamanya untuk menentukan keupayaan bahan logam untuk menahan kerosakan semasa proses regangan, dan merupakan salah satu petunjuk penting untuk menilai sifat mekanikal bahan.
1. Ujian tegangan
Ujian tegangan adalah berdasarkan prinsip asas mekanik bahan. Dengan mengenakan beban tegangan pada sampel bahan dalam keadaan tertentu, ia menyebabkan ubah bentuk tegangan sehingga sampel pecah. Semasa ujian, ubah bentuk sampel eksperimen di bawah beban yang berbeza dan beban maksimum apabila pecah sampel direkodkan, untuk mengira kekuatan hasil, kekuatan tegangan dan penunjuk prestasi lain bahan.
Tegasan σ = F/A
σ ialah kekuatan tegangan (MPa)
F ialah beban tegangan (N)
A ialah luas keratan rentas spesimen
2. Keluk tegangan
Analisis beberapa peringkat proses regangan:
a. Dalam peringkat OP dengan beban kecil, pemanjangan adalah dalam hubungan linear dengan beban, dan Fp ialah beban maksimum untuk mengekalkan garis lurus.
b. Selepas beban melebihi Fp, lengkung tegangan mula mengambil hubungan bukan linear. Sampel memasuki peringkat ubah bentuk awal, dan beban dikeluarkan, dan sampel boleh kembali ke keadaan asalnya dan berubah bentuk secara elastik.
c. Selepas beban melebihi Fe, beban dikeluarkan, sebahagian daripada ubah bentuk dipulihkan, dan sebahagian daripada ubah bentuk sisa dikekalkan, yang dipanggil ubah bentuk plastik. Fe dipanggil had elastik.
d. Apabila beban bertambah lagi, lengkung tegangan menunjukkan gigi gergaji. Apabila beban tidak bertambah atau berkurang, fenomena pemanjangan berterusan sampel eksperimen dipanggil menghasilkan. Selepas menghasilkan, sampel mula mengalami ubah bentuk plastik yang jelas.
e. Selepas menghasilkan, sampel menunjukkan peningkatan dalam rintangan ubah bentuk, pengerasan kerja dan pengukuhan ubah bentuk. Apabila beban mencapai Fb, bahagian sampel yang sama mengecut secara mendadak. Fb adalah had kekuatan.
f. Fenomena pengecutan membawa kepada penurunan kapasiti galas sampel. Apabila beban mencapai Fk, sampel pecah. Ini dipanggil beban patah.
Kekuatan Hasil
Kekuatan hasil ialah nilai tegasan maksimum yang boleh ditahan oleh bahan logam dari permulaan ubah bentuk plastik hingga patah sepenuhnya apabila tertakluk kepada daya luar. Nilai ini menandakan titik kritikal di mana bahan beralih dari peringkat ubah bentuk anjal ke peringkat ubah bentuk plastik.
Pengelasan
Kekuatan hasil atas: merujuk kepada tegasan maksimum sampel sebelum daya jatuh buat kali pertama apabila hasil berlaku.
Kekuatan hasil yang lebih rendah: merujuk kepada tegasan minimum dalam peringkat hasil apabila kesan sementara awal diabaikan. Oleh kerana nilai titik hasil yang lebih rendah adalah agak stabil, ia biasanya digunakan sebagai penunjuk rintangan bahan, dipanggil titik hasil atau kekuatan hasil.
Formula pengiraan
Untuk kekuatan hasil atas: R = F / Sₒ, di mana F ialah daya maksimum sebelum daya jatuh buat kali pertama dalam peringkat hasil, dan Sₒ ialah luas keratan rentas asal sampel.
Untuk kekuatan hasil yang lebih rendah: R = F / Sₒ, di mana F ialah daya minimum F mengabaikan kesan sementara awal, dan Sₒ ialah luas keratan rentas asal sampel.
Unit
Unit kekuatan hasil biasanya MPa (megapascal) atau N/mm² (Newton per milimeter persegi).
Contoh
Ambil keluli karbon rendah sebagai contoh, had hasilnya biasanya 207MPa. Apabila tertakluk kepada daya luar yang lebih besar daripada had ini, keluli karbon rendah akan menghasilkan ubah bentuk kekal dan tidak boleh dipulihkan; apabila dikenakan daya luar kurang daripada had ini, keluli karbon rendah boleh kembali ke keadaan asalnya.
Kekuatan hasil adalah salah satu petunjuk penting untuk menilai sifat mekanikal bahan logam. Ia mencerminkan keupayaan bahan untuk menentang ubah bentuk plastik apabila tertakluk kepada daya luar.
Kekuatan tegangan
Kekuatan tegangan ialah keupayaan bahan untuk menahan kerosakan di bawah beban tegangan, yang dinyatakan secara khusus sebagai nilai tegasan maksimum yang boleh ditahan oleh bahan semasa proses tegangan. Apabila tegasan tegangan pada bahan melebihi kekuatan tegangannya, bahan tersebut akan mengalami ubah bentuk plastik atau patah.
Formula pengiraan
Formula pengiraan untuk kekuatan tegangan (σt) ialah:
σt = F / A
Di mana F ialah daya tegangan maksimum (Newton, N) yang boleh ditahan oleh spesimen sebelum pecah, dan A ialah luas keratan rentas asal spesimen (milimeter persegi, mm²).
Unit
Unit kekuatan tegangan biasanya MPa (megapascal) atau N/mm² (Newton per milimeter persegi). 1 MPa bersamaan dengan 1,000,000 Newton setiap meter persegi, yang juga sama dengan 1 N/mm².
Faktor yang mempengaruhi
Kekuatan tegangan dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk komposisi kimia, struktur mikro, proses rawatan haba, kaedah pemprosesan, dll. Bahan yang berbeza mempunyai kekuatan tegangan yang berbeza, jadi dalam aplikasi praktikal, adalah perlu untuk memilih bahan yang sesuai berdasarkan sifat mekanikal bahan.
Aplikasi praktikal
Kekuatan tegangan adalah parameter yang sangat penting dalam bidang sains dan kejuruteraan bahan, dan sering digunakan untuk menilai sifat mekanikal bahan. Dari segi reka bentuk struktur, pemilihan bahan, penilaian keselamatan, dan lain-lain, kekuatan tegangan adalah faktor yang mesti dipertimbangkan. Sebagai contoh, dalam kejuruteraan pembinaan, kekuatan tegangan keluli adalah faktor penting dalam menentukan sama ada ia boleh menahan beban; dalam bidang aeroangkasa, kekuatan tegangan bahan ringan dan berkekuatan tinggi adalah kunci untuk memastikan keselamatan pesawat.
Kekuatan keletihan:
Kelesuan logam merujuk kepada proses di mana bahan dan komponen secara beransur-ansur menghasilkan kerosakan terkumpul kekal setempat di satu atau beberapa tempat di bawah tekanan kitaran atau ketegangan kitaran, dan keretakan atau patah lengkap secara tiba-tiba berlaku selepas beberapa kitaran tertentu.
Ciri-ciri
Tiba-tiba dalam masa: Kegagalan keletihan logam sering berlaku secara tiba-tiba dalam tempoh masa yang singkat tanpa tanda-tanda yang jelas.
Lokaliti dalam kedudukan: Kegagalan keletihan biasanya berlaku di kawasan tempatan di mana tekanan tertumpu.
Kepekaan terhadap alam sekitar dan kecacatan: Kelesuan logam sangat sensitif terhadap alam sekitar dan kecacatan kecil di dalam bahan, yang boleh mempercepatkan proses keletihan.
Faktor yang mempengaruhi
Amplitud tegasan: Magnitud tegasan secara langsung mempengaruhi hayat keletihan logam.
Purata magnitud tegasan: Semakin besar tekanan purata, semakin pendek hayat keletihan logam.
Bilangan kitaran: Semakin banyak kali logam berada di bawah tekanan atau ketegangan kitaran, semakin serius pengumpulan kerosakan keletihan.
Langkah-langkah pencegahan
Optimumkan pemilihan bahan: Pilih bahan dengan had keletihan yang lebih tinggi.
Mengurangkan kepekatan tegasan: Mengurangkan kepekatan tegasan melalui reka bentuk struktur atau kaedah pemprosesan, seperti menggunakan peralihan sudut bulat, meningkatkan dimensi keratan rentas, dsb.
Rawatan permukaan: Menggilap, menyembur, dsb. pada permukaan logam untuk mengurangkan kecacatan permukaan dan meningkatkan kekuatan keletihan.
Pemeriksaan dan penyelenggaraan: Periksa komponen logam secara kerap untuk mengesan dan membaiki kecacatan dengan segera seperti keretakan; mengekalkan bahagian yang terdedah kepada keletihan, seperti menggantikan bahagian yang haus dan mengukuhkan pautan yang lemah.
Keletihan logam adalah mod kegagalan logam biasa, yang dicirikan oleh tiba-tiba, lokaliti dan kepekaan terhadap alam sekitar. Amplitud tegasan, magnitud tegasan purata dan bilangan kitaran adalah faktor utama yang mempengaruhi kelesuan logam.
Keluk SN: menerangkan hayat keletihan bahan di bawah tahap tegasan yang berbeza, di mana S mewakili tegasan dan N mewakili bilangan kitaran tegasan.
Formula pekali kekuatan keletihan:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Di mana (Ka) ialah faktor beban, (Kb) ialah faktor saiz, (Kc) ialah faktor suhu, (Kd) ialah faktor kualiti permukaan, dan (Ke) ialah faktor kebolehpercayaan.
Ungkapan matematik lengkung SN:
(\sigma^m N = C)
Di mana (\sigma) ialah tegasan, N ialah bilangan kitaran tegasan, dan m dan C ialah pemalar bahan.
Langkah pengiraan
Tentukan pemalar bahan:
Tentukan nilai m dan C melalui eksperimen atau dengan merujuk literatur yang berkaitan.
Tentukan faktor kepekatan tegasan: Pertimbangkan bentuk dan saiz sebenar bahagian tersebut, serta kepekatan tegasan yang disebabkan oleh fillet, alur kekunci, dsb., untuk menentukan faktor kepekatan tegasan K. Kira kekuatan keletihan: Mengikut keluk SN dan tegasan faktor kepekatan, digabungkan dengan hayat reka bentuk dan tahap tekanan kerja bahagian, kira kekuatan keletihan.
2. Keplastikan:
Keplastikan merujuk kepada sifat bahan yang, apabila dikenakan daya luar, menghasilkan ubah bentuk kekal tanpa pecah apabila daya luar melebihi had keanjalannya. Ubah bentuk ini tidak dapat dipulihkan, dan bahan tidak akan kembali kepada bentuk asalnya walaupun daya luaran dibuang.
Indeks keplastikan dan formula pengiraannya
Pemanjangan (δ)
Definisi: Pemanjangan ialah peratusan jumlah ubah bentuk bahagian tolok selepas spesimen dipatahkan tegangan kepada panjang tolok asal.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Di mana L0 ialah panjang tolok asal bagi spesimen;
L1 ialah panjang tolok selepas spesimen dipecahkan.
Pengurangan segmen (Ψ)
Definisi: Pengurangan segmen ialah peratusan pengurangan maksimum dalam kawasan keratan rentas pada titik leher selepas spesimen dipecahkan ke kawasan keratan rentas asal.
Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Di mana F0 ialah luas keratan rentas asal spesimen;
F1 ialah kawasan keratan rentas pada titik leher selepas spesimen dipecahkan.
3. Kekerasan
Kekerasan logam ialah indeks sifat mekanikal untuk mengukur kekerasan bahan logam. Ia menunjukkan keupayaan untuk menahan ubah bentuk dalam isipadu tempatan pada permukaan logam.
Pengelasan dan perwakilan kekerasan logam
Kekerasan logam mempunyai pelbagai kaedah klasifikasi dan perwakilan mengikut kaedah ujian yang berbeza. Terutamanya termasuk yang berikut:
Kekerasan Brinell (HB):
Skop penggunaan: Biasanya digunakan apabila bahan lebih lembut, seperti logam bukan ferus, keluli sebelum rawatan haba atau selepas penyepuhlindapan.
Prinsip ujian: Dengan saiz beban ujian tertentu, bola keluli keras atau bola karbida dengan diameter tertentu ditekan ke permukaan logam yang akan diuji, dan beban dipunggah selepas masa yang ditentukan, dan diameter lekukan pada permukaan yang hendak diuji diukur.
Formula pengiraan: Nilai kekerasan Brinell ialah hasil bahagi yang diperoleh dengan membahagikan beban dengan luas permukaan sfera lekukan.
Kekerasan Rockwell (HR):
Skop penggunaan: Biasanya digunakan untuk bahan dengan kekerasan yang lebih tinggi, seperti kekerasan selepas rawatan haba.
Prinsip ujian: Sama seperti kekerasan Brinell, tetapi menggunakan kuar (berlian) yang berbeza dan kaedah pengiraan yang berbeza.
Jenis: Bergantung pada aplikasi, terdapat HRC (untuk bahan kekerasan tinggi), HRA, HRB dan jenis lain.
Kekerasan Vickers (HV):
Skop penggunaan: Sesuai untuk analisis mikroskop.
Prinsip ujian: Tekan permukaan bahan dengan beban kurang daripada 120kg dan indentor kon persegi berlian dengan sudut bucu 136°, dan bahagikan luas permukaan lubang lekukan bahan dengan nilai beban untuk mendapatkan nilai kekerasan Vickers.
Kekerasan Leeb (HL):
Ciri-ciri: Penguji kekerasan mudah alih, mudah diukur.
Prinsip ujian: Gunakan lantunan yang dijana oleh kepala bebola hentaman selepas hentaman permukaan kekerasan, dan kira kekerasan dengan nisbah kelajuan lantunan tumbukan pada 1mm dari permukaan sampel kepada kelajuan hentaman.
Masa siaran: Sep-25-2024
