Togstyrkpróf er aðallega notað til að ákvarða getu málmefna til að standast skemmdir við teygjuferlið og er einn mikilvægasti mælikvarðinn á meta vélræna eiginleika efna.
1. Togpróf
Togprófun byggir á grunnreglum efnisfræðinnar. Með því að beita togálagi á efnissýnið við ákveðnar aðstæður veldur það togbeygju þar til sýnið brotnar. Í prófuninni er aflögun tilraunasýnisins undir mismunandi álagi og hámarksálag þegar sýnið brotnar skráð, til að reikna út sveigjanleika, togstyrk og aðra afköstsvísa efnisins.
Spenna σ = F/A
σ er togstyrkurinn (MPa)
F er togkrafturinn (N)
A er þversniðsflatarmál sýnisins
2. Togbogi
Greining á nokkrum stigum teygjuferlisins:
a. Í OP-stigi með litlu álagi er lengingin í línulegu sambandi við álagið og Fp er hámarksálagið til að viðhalda beinni línu.
b. Eftir að álagið fer yfir Fp byrjar togkúrfan að mynda ólínulegt samband. Sýnið fer í upphaflegt aflögunarstig, álagið er fjarlægt og sýnið getur farið aftur í upprunalegt ástand og afmyndast teygjanlega.
c. Eftir að álagið fer yfir Fe er álagið fjarlægt, hluti af aflöguninni endurheimtist og hluti af afgangsaflöguninni helst, sem kallast plastaflögun. Fe er kallað teygjumörk.
d. Þegar álagið eykst enn frekar sýnir togkúrfan sagtennt. Þegar álagið hvorki eykst né minnkar kallast fyrirbærið stöðug lenging á tilraunasýninu eftirgjöf. Eftir eftirgjöf byrjar sýnið að verða fyrir augljósri plastaflögun.
e. Eftir að sýnið hefur gefið eftir sýnir það aukna aflögunarþol, vinnuherðingu og aflögunarstyrkingu. Þegar álagið nær Fb, þá minnkar sami hluti sýnisins skarpt. Fb er styrkmörkin.
f. Rýrnunin leiðir til minnkaðrar burðarþols sýnisins. Þegar álagið nær Fk brotnar sýnið. Þetta kallast brotálag.
Afkastastyrkur
Strekkþol er hámarksspennugildi sem málmefni þolir frá upphafi plastaflögunar til fulls brots þegar það verður fyrir utanaðkomandi krafti. Þetta gildi markar mikilvægan punkt þar sem efnið fer úr teygjanlegu aflögunarstigi yfir í plastaflögunarstig.
Flokkun
Efri sveigjanleiki: vísar til hámarksspennu sýnisins áður en krafturinn lækkar í fyrsta skipti þegar sveigjanleiki á sér stað.
Neðri sveigjanleiki: vísar til lágmarksspennu í sveigjanleikastiginu þegar upphafleg tímabundin áhrif eru hunsuð. Þar sem gildi neðri sveigjanleikamarksins er tiltölulega stöðugt er það venjulega notað sem vísbending um efnisþol, kallað sveigjanleiki eða sveigjanleiki.
Reikniformúla
Fyrir efri sveigjanleika: R = F / Sₒ, þar sem F er hámarkskrafturinn áður en krafturinn lækkar í fyrsta skipti í sveigjanleikastiginu og Sₒ er upphaflegt þversniðsflatarmál sýnisins.
Fyrir lægri strekkstyrk: R = F / Sₒ, þar sem F er lágmarkskrafturinn F án þess að taka tillit til upphaflegrar skammvinnrar áhrifa og Sₒ er upphaflegt þversniðsflatarmál sýnisins.
Eining
Einingin fyrir sveigjanleika er venjulega MPa (megapascal) eða N/mm² (Newton á fermillimetra).
Dæmi
Tökum lágkolefnisstál sem dæmi, þar sem sveigjanleikamörk þess eru venjulega 207 MPa. Þegar lágkolefnisstál verður fyrir utanaðkomandi krafti sem er meiri en þessi mörk, mun það valda varanlegri aflögun og ekki er hægt að endurheimta hana; þegar lágkolefnisstál verður fyrir utanaðkomandi krafti sem er minni en þessi mörk getur það farið aftur í upprunalegt ástand.
Strekkþol er einn mikilvægasti mælikvarðinn á vélræna eiginleika málmefna. Hann endurspeglar getu efna til að standast plastaflögun þegar þau verða fyrir utanaðkomandi kröftum.
Togstyrkur
Togstyrkur er geta efnis til að standast skemmdir undir togálagi, sem er sérstaklega táknað sem hámarksspennugildi sem efnið þolir við togkraft. Þegar togspennan á efnið fer yfir togstyrk þess, mun efnið verða fyrir plastaflögun eða brotna.
Reikniformúla
Reikniformúlan fyrir togstyrk (σt) er:
σt = F / A
Þar sem F er hámarkstogkrafturinn (Newton, N) sem sýnið þolir áður en það brotnar og A er upphaflegt þversniðsflatarmál sýnisins (fermillimetri, mm²).
Eining
Mælieining togstyrks er venjulega MPa (megapascal) eða N/mm² (Newton á fermetra millimetra). 1 MPa er jafnt og 1.000.000 Newton á fermetra, sem er einnig jafnt og 1 N/mm².
Áhrifaþættir
Togstyrkur er undir áhrifum margra þátta, þar á meðal efnasamsetning, örbygging, hitameðferðarferli, vinnsluaðferð o.s.frv. Mismunandi efni hafa mismunandi togstyrk, þannig að í hagnýtum tilgangi er nauðsynlegt að velja viðeigandi efni út frá vélrænum eiginleikum efnanna.
Hagnýt notkun
Togstyrkur er mjög mikilvægur mælikvarði á sviði efnisfræði og verkfræði og er oft notaður til að meta vélræna eiginleika efna. Hvað varðar burðarvirkishönnun, efnisval, öryggismat o.s.frv. er togstyrkur þáttur sem þarf að hafa í huga. Til dæmis, í byggingarverkfræði er togstyrkur stáls mikilvægur þáttur í að ákvarða hvort það þolir álag; á sviði geimferða er togstyrkur léttra og sterkra efna lykillinn að því að tryggja öryggi flugvéla.
Þreytuþol:
Málmþreyta vísar til þess ferlis þar sem efni og íhlutir smám saman valda staðbundnum varanlegum uppsöfnuðum skemmdum á einum eða fleiri stöðum undir lotubundnu álagi eða sprungum eða skyndilegum algerum brotum eftir ákveðinn fjölda lotna.
Eiginleikar
Skyndileg tímabundin atvik: Þreytubrot í málmi eiga sér oft stað skyndilega á stuttum tíma án augljósra einkenna.
Staðsetning: Þreytubilun á sér venjulega stað á svæðum þar sem álag er einbeitt.
Næmi fyrir umhverfi og göllum: Málmþreyta er mjög viðkvæm fyrir umhverfinu og smáum göllum inni í efninu, sem geta flýtt fyrir þreytuferlinu.
Áhrifaþættir
Spennuvídd: Stærð spennunnar hefur bein áhrif á þreytuþol málmsins.
Meðalspennustærð: Því meiri sem meðalspennan er, því styttri er þreytuþol málmsins.
Fjöldi hringrása: Því oftar sem málmurinn er undir hringrásarálagi eða álagi, því alvarlegri verða uppsöfnun þreytuskemmda.
Fyrirbyggjandi aðgerðir
Fínstilltu efnisval: Veldu efni með hærri þreytumörk.
Að draga úr spennuþéttni: Að draga úr spennuþéttni með hönnun eða vinnsluaðferðum í burðarvirki, svo sem með því að nota ávöl horn, auka þversniðsmál o.s.frv.
Yfirborðsmeðferð: Pússun, úðun o.s.frv. á málmyfirborði til að draga úr yfirborðsgöllum og bæta þreytuþol.
Skoðun og viðhald: Skoðið málmhluta reglulega til að greina og gera við galla eins og sprungur og gera við þá tafarlaust; viðhaldið hlutum sem eru viðkvæmir fyrir þreytu, svo sem með því að skipta um slitna hluti og styrkja veika tengla.
Málmþreyta er algeng málmbilunaraðferð sem einkennist af skyndilegri, staðbundinni og næmi fyrir umhverfinu. Spennuvídd, meðalspennustærð og fjöldi hringrása eru helstu þættirnir sem hafa áhrif á málmþreytu.
SN-kúrfa: lýsir þreytuþol efna við mismunandi spennustig, þar sem S táknar spennu og N táknar fjölda spennuhringrása.
Formúla fyrir þreytustyrkstuðul:
(Kf = Ka ⋅ Kb ⋅ Kc ⋅ Kd ⋅ Ke)
Þar sem (Ka) er álagsstuðullinn, (Kb) er stærðarstuðullinn, (Kc) er hitastigsstuðullinn, (Kd) er yfirborðsgæðastuðullinn og (Ke) er áreiðanleikastuðullinn.
Stærðfræðileg framsetning SN-kúrfu:
(\sigma^m N = C)
Þar sem (ρ) er spenna, N er fjöldi spennuhringrása og m og C eru efnisstuðlar.
Útreikningsskref
Ákvarðið efnisstuðlana:
Ákvarðið gildi m og C með tilraunum eða með því að vísa í viðeigandi ritrýndar heimildir.
Ákvarðið spennuþéttnistuðulinn: Takið tillit til raunverulegrar lögun og stærðar hlutarins, sem og spennuþéttni af völdum flöta, lykilganga o.s.frv., til að ákvarða spennuþéttnistuðulinn K. Reiknið út þreytustyrk: Reiknið út þreytustyrkinn samkvæmt SN-ferlinum og spennuþéttnistuðlinum, ásamt hönnunarlíftíma og vinnuálagsstigi hlutarins.
2. Sveigjanleiki:
Sveigjanleiki vísar til eiginleika efnis sem, þegar það verður fyrir utanaðkomandi krafti, veldur varanlegri aflögun án þess að brotna þegar utanaðkomandi kraftur fer yfir teygjanleikamörk þess. Þessi aflögun er óafturkræf og efnið mun ekki snúa aftur til upprunalegrar lögunar jafnvel þótt utanaðkomandi kraftur sé fjarlægður.
Sveigjanleikavísitala og útreikningsformúla hennar
Lenging (δ)
Skilgreining: Teygjanleiki er hlutfall heildaraflögunar mælihlutans eftir að sýnið hefur verið togbrotið niður í upprunalega mælilengd.
Formúla: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Þar sem L0 er upprunaleg mælilengd sýnisins;
L1 er mælilengdin eftir að sýnið er brotið.
Hlutlæg minnkun (Ψ)
Skilgreining: Segmentminnkun er hlutfall hámarksminnkunar á þversniðsflatarmálinu við hálsmyndunarpunktinn eftir að sýnið er brotið niður í upprunalegan þversniðsflatarmál.
Formúla: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Þar sem F0 er upprunalegt þversniðsflatarmál sýnisins;
F1 er þversniðsflatarmálið við hálsmótið eftir að sýnið er brotið.
3. Hörku
Málmhörku er vísitala fyrir vélræna eiginleika sem mælir hörku málma. Hún gefur til kynna getu þeirra til að standast aflögun í staðbundnu rúmmáli á málmyfirborði.
Flokkun og framsetning á hörku málma
Málmhörku hefur margs konar flokkunar- og framsetningaraðferðir samkvæmt mismunandi prófunaraðferðum. Helstu eru eftirfarandi:
Brinell hörku (HB):
Notkunarsvið: Almennt notað þegar efnið er mýkra, svo sem málmar sem ekki eru járn, stál fyrir hitameðferð eða eftir glæðingu.
Prófunarregla: Með ákveðinni stærð prófunarálags er hertu stálkúlu eða karbítkúlu með ákveðinni þvermál þrýst inn í yfirborð málmsins sem á að prófa, og álagið er afhlaðið eftir tiltekinn tíma og þvermál dældarinnar á yfirborðinu sem á að prófa er mælt.
Reikniformúla: Brinell-hörkugildið er kvótinn sem fæst með því að deila álaginu með kúlulaga yfirborðsflatarmáli dældarinnar.
Rockwell hörku (HR):
Notkunarsvið: Almennt notað fyrir efni með meiri hörku, svo sem hörku eftir hitameðferð.
Prófunarregla: Svipuð og Brinell hörkupróf, en með mismunandi mæliprófum (demant) og mismunandi reikniaðferðum.
Tegundir: Eftir notkun eru til HRC (fyrir efni með mikla hörku), HRA, HRB og aðrar gerðir.
Vickers hörku (HV):
Notkunarsvið: Hentar til smásjárgreiningar.
Prófunarregla: Þrýstið á yfirborð efnisins með álagi sem er minna en 120 kg og með demantsferkantaðri keilulaga inndráttarvél með hornpunktshorni 136° og deilið yfirborðsflatarmáli inndráttarholunnar með álagsgildinu til að fá Vickers hörkugildið.
Leeb hörku (HL):
Eiginleikar: Flytjanlegur hörkumælir, auðveldur í mælingu.
Prófunarregla: Notið hoppið sem myndast af höggkúluhausnum eftir að hann lendir á hörkuyfirborðinu og reiknið hörkuna út frá hlutfalli frákasthraða kýlisins 1 mm frá sýnisyfirborðinu og högghraðans.
Birtingartími: 25. september 2024
