La prueba de resistencia a la tracción se utiliza principalmente para determinar la capacidad de los materiales metálicos para resistir el daño durante el proceso de estiramiento, y es uno de los indicadores importantes para evaluar las propiedades mecánicas de los materiales.
1. Prueba de tracción
La prueba de tracción se basa en los principios básicos de la mecánica del material. Al aplicar una carga de tracción a la muestra del material bajo ciertas condiciones, causa deformación por tracción hasta que la muestra se rompe. Durante la prueba, la deformación de la muestra experimental bajo diferentes cargas y la carga máxima cuando se registran las roturas de la muestra, a fin de calcular la resistencia al rendimiento, la resistencia a la tracción y otros indicadores de rendimiento del material.
Estrés σ = f/a
σ es la resistencia a la tracción (MPA)
F es la carga de tracción (n)
A es el área de la sección transversal del espécimen
2. Curva de tracción
Análisis de varias etapas del proceso de estiramiento:
a. En la etapa OP con una pequeña carga, la alargamiento está en una relación lineal con la carga, y FP es la carga máxima para mantener la línea recta.
b. Después de que la carga excede FP, la curva de tracción comienza a tomar una relación no lineal. La muestra ingresa a la etapa de deformación inicial, y la carga se elimina, y la muestra puede volver a su estado original y deformarse elásticamente.
do. Después de que la carga excede Fe, se elimina la carga, se restaura parte de la deformación y se conserva parte de la deformación residual, que se llama deformación plástica. Fe se llama límite elástico.
d. Cuando la carga aumenta aún más, la curva de tracción muestra diente de sierra. Cuando la carga no aumenta o disminuye, el fenómeno del alargamiento continuo de la muestra experimental se llama rendimiento. Después de ceder, la muestra comienza a sufrir una deformación plástica obvia.
mi. Después de ceder, la muestra muestra un aumento en la resistencia de la deformación, el endurecimiento del trabajo y el fortalecimiento de la deformación. Cuando la carga alcanza FB, la misma parte de la muestra se encoge bruscamente. FB es el límite de fuerza.
F. El fenómeno de contracción conduce a una disminución en la capacidad de carga de la muestra. Cuando la carga llega a FK, la muestra se rompe. Esto se llama carga de fractura.
Fuerza de rendimiento
La resistencia al rendimiento es el valor máximo de tensión que un material metálico puede soportar desde el comienzo de la deformación plástica para completar la fractura cuando se somete a la fuerza externa. Este valor marca el punto crítico donde el material pasa de la etapa de deformación elástica a la etapa de deformación plástica.
Clasificación
Resistencia al rendimiento superior: se refiere al estrés máximo de la muestra antes de que la fuerza caiga por primera vez cuando se produce el rendimiento.
Resistencia al rendimiento más bajo: se refiere al estrés mínimo en la etapa de rendimiento cuando se ignora el efecto transitorio inicial. Dado que el valor del punto de rendimiento más bajo es relativamente estable, generalmente se usa como un indicador de resistencia al material, llamado punto de rendimiento o resistencia al rendimiento.
Fórmula de cálculo
Para la resistencia del rendimiento superior: r = f / sₒ, donde F es la fuerza máxima antes de que la fuerza caiga por primera vez en la etapa de rendimiento, y Sₒ es el área de sección transversal original de la muestra.
Para una fuerza de rendimiento más baja: r = f / sₒ, donde F es la fuerza mínima F ignora el efecto transitorio inicial, y Sₒ es el área de sección transversal original de la muestra.
Unidad
La unidad de resistencia al rendimiento suele ser MPA (Megapascal) o N/mm² (Newton por milímetro cuadrado).
Ejemplo
Tome el acero bajo en carbono como ejemplo, su límite de rendimiento suele ser de 207 mPa. Cuando se somete a una fuerza externa mayor que este límite, el acero bajo en carbono producirá una deformación permanente y no se puede restaurar; Cuando se somete a una fuerza externa menor que este límite, el acero bajo en carbono puede volver a su estado original.
La resistencia al rendimiento es uno de los indicadores importantes para evaluar las propiedades mecánicas de los materiales metálicos. Refleja la capacidad de los materiales para resistir la deformación plástica cuando se somete a fuerzas externas.
Resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción es la capacidad de un material para resistir el daño bajo carga de tracción, que se expresa específicamente como el valor de estrés máximo que el material puede resistir durante el proceso de tracción. Cuando la tensión de tracción en el material excede su resistencia a la tracción, el material sufrirá deformación plástica o fractura.
Fórmula de cálculo
La fórmula de cálculo para la resistencia a la tracción (σt) es:
σt = f / a
Donde F es la fuerza de tracción máxima (Newton, N) que el espécimen puede soportar antes de romperse, y A es el área transversal original de la muestra (milímetro cuadrado, mm²).
Unidad
La unidad de resistencia a la tracción suele ser MPA (Megapascal) o N/mm² (Newton por milímetro cuadrado). 1 MPa es igual a 1,000,000 de Newtons por metro cuadrado, que también es igual a 1 N/mm².
Factores influyentes
La resistencia a la tracción se ve afectada por muchos factores, incluida la composición química, la microestructura, el proceso de tratamiento térmico, el método de procesamiento, etc. Diferentes materiales tienen diferentes resistencias a la tracción, por lo que en aplicaciones prácticas, es necesario seleccionar materiales adecuados basados en las propiedades mecánicas de los materiales.
Aplicación práctica
La resistencia a la tracción es un parámetro muy importante en el campo de la ciencia e ingeniería de los materiales, y a menudo se usa para evaluar las propiedades mecánicas de los materiales. En términos de diseño estructural, selección de materiales, evaluación de seguridad, etc., la resistencia a la tracción es un factor que debe considerarse. Por ejemplo, en la ingeniería de construcción, la resistencia a la tracción del acero es un factor importante para determinar si puede soportar cargas; En el campo del aeroespacial, la resistencia a la tracción de los materiales livianos y de alta resistencia es la clave para garantizar la seguridad de las aeronaves.
Fuerza de fatiga:
La fatiga del metal se refiere al proceso en el que los materiales y los componentes producen gradualmente el daño acumulativo permanente local en uno o varios lugares bajo estrés cíclico o tensión cíclica, y se producen grietas o fracturas completas repentinas después de un cierto número de ciclos.
Características
La repentina en el tiempo: la falla de la fatiga del metal a menudo ocurre repentinamente en un corto período de tiempo sin signos obvios.
Localidad en posición: la falla de la fatiga generalmente ocurre en áreas locales donde el estrés se concentra.
Sensibilidad al medio ambiente y los defectos: la fatiga del metal es muy sensible al medio ambiente y pequeños defectos dentro del material, lo que puede acelerar el proceso de fatiga.
Factores influyentes
Amplitud de estrés: la magnitud del estrés afecta directamente la vida útil de la fatiga del metal.
Magnitud promedio del estrés: cuanto mayor sea el estrés promedio, más corta es la vida de la fatiga del metal.
Número de ciclos: cuantas más veces el metal esté bajo estrés o tensión cíclica, más grave es la acumulación del daño por fatiga.
Medidas preventivas
Optimizar la selección de material: seleccione Materiales con límites de fatiga más altos.
Reducción de la concentración de tensión: reduzca la concentración de tensión a través de métodos de diseño estructural o procesamiento, como el uso de transiciones de esquina redondeadas, aumentando las dimensiones de la sección transversal, etc.
Tratamiento de la superficie: pulido, pulverización, etc. sobre la superficie del metal para reducir los defectos de la superficie y mejorar la resistencia a la fatiga.
Inspección y mantenimiento: Inspeccione regularmente los componentes de metal para detectar y reparar defectos como grietas; Mantenga las piezas propensas a la fatiga, como reemplazar las piezas desgastadas y reforzar los enlaces débiles.
La fatiga del metal es un modo común de falla del metal, que se caracteriza por la repentina, la localidad y la sensibilidad al medio ambiente. La amplitud del estrés, la magnitud promedio del estrés y el número de ciclos son los principales factores que afectan la fatiga del metal.
Curva SN: describe la vida de fatiga de los materiales bajo diferentes niveles de estrés, donde S representa el estrés y N representa el número de ciclos de estrés.
Fórmula de coeficiente de resistencia de fatiga:
(Kf = ka \ cdot kb \ cdot kc \ cdot kd \ cdot ke)
Donde (ka) es el factor de carga, (kb) es el factor de tamaño, (kc) es el factor de temperatura, (kd) es el factor de calidad de la superficie y (ke) es el factor de confiabilidad.
Expresión matemática de la curva Sn:
(\ Sigma^m n = c)
Donde (\ sigma) es estrés, n es el número de ciclos de estrés, y M y C son constantes de material.
Pasos de cálculo
Determinar las constantes de material:
Determine los valores de M y C a través de experimentos o refiriéndose a la literatura relevante.
Determine el factor de concentración de tensión: considere la forma y el tamaño reales de la pieza, así como la concentración de estrés causada por filetes, keyways, etc., para determinar el factor de concentración de tensión K. Calcule la resistencia a la fatiga: según la curva SN y el estrés. El factor de concentración, combinado con la vida útil del diseño y el nivel de estrés de trabajo de la pieza, calcule la fuerza de fatiga.
2. Plasticidad:
La plasticidad se refiere a la propiedad de un material que, cuando se somete a la fuerza externa, produce una deformación permanente sin romperse cuando la fuerza externa excede su límite elástico. Esta deformación es irreversible, y el material no volverá a su forma original incluso si se elimina la fuerza externa.
Índice de plasticidad y su fórmula de cálculo
Alargamiento (δ)
Definición: El alargamiento es el porcentaje de la deformación total de la sección del medidor después de que la muestra se fractura la tracción a la longitud del medidor original.
Fórmula: δ = (L1 - L0) / L0 × 100%
Donde l0 es la longitud del calibre original de la muestra;
L1 es la longitud del medidor después de que la muestra está rota.
Reducción segmentaria (ψ)
Definición: La reducción segmentaria es el porcentaje de la reducción máxima en el área de la sección transversal en el punto de cuello después de que la muestra se rompa en el área de sección transversal original.
Fórmula: ψ = (F0 - F1) / F0 × 100%
Donde F0 es el área de sección transversal original del espécimen;
F1 es el área de la sección transversal en el punto de cuello después de que la muestra se rompe.
3. Dureza
La dureza del metal es un índice de propiedad mecánica para medir la dureza de los materiales metálicos. Indica la capacidad de resistir la deformación en el volumen local en la superficie del metal.
Clasificación y representación de la dureza del metal
La dureza del metal tiene una variedad de métodos de clasificación y representación de acuerdo con diferentes métodos de prueba. Incluya principalmente lo siguiente:
Dureza de Brinell (HB):
Alcance de la aplicación: generalmente se usa cuando el material es más suave, como metales no ferrosos, acero antes del tratamiento térmico o después del recocido.
Principio de prueba: con un cierto tamaño de carga de prueba, se presiona una bola de acero endurecida o una bola de carburo de cierto diámetro en la superficie del metal para que se pruebe, y la carga se descarga después de un tiempo específico, y el diámetro de la sangría en la superficie a probar se mide.
Fórmula de cálculo: el valor de dureza de Brinell es el cociente obtenido dividiendo la carga por el área de superficie esférica de la sangría.
Dureza de Rockwell (HR):
Alcance de la aplicación: generalmente utilizado para materiales con mayor dureza, como dureza después del tratamiento térmico.
Principio de prueba: similar a la dureza de Brinell, pero utilizando diferentes sondas (diamantes) y diferentes métodos de cálculo.
Tipos: dependiendo de la aplicación, hay HRC (para materiales de alta dureza), HRA, HRB y otros tipos.
Vickers Dureza (HV):
Alcance de la aplicación: adecuado para el análisis del microscopio.
Principio de prueba: presione la superficie del material con una carga de menos de 120 kg y un concepto de cono cuadrado de diamantes con un ángulo de vértice de 136 °, y divida el área de superficie del pozo de sangría del material por el valor de la carga para obtener el valor de dureza de Vickers.
LEEB Dureza (HL):
Características: probador de dureza portátil, fácil de medir.
Principio de prueba: use el rebote generado por la cabeza de la bola de impacto después de impactar la superficie de la dureza, y calcule la dureza por la relación de la velocidad de rebote del golpe a 1 mm desde la superficie de la muestra hasta la velocidad de impacto.
Tiempo de publicación: sep 25-2024
