La prueba de resistencia a la tracción se utiliza principalmente para determinar la capacidad de los materiales metálicos para resistir daños durante el proceso de estiramiento y es uno de los indicadores importantes para evaluar las propiedades mecánicas de los materiales.
1. Prueba de tracción
El ensayo de tracción se basa en los principios básicos de la mecánica de materiales. Al aplicar una carga de tracción a la muestra de material bajo ciertas condiciones, se provoca una deformación por tracción hasta que la muestra se rompe. Durante la prueba, se registra la deformación de la muestra experimental bajo diferentes cargas y la carga máxima cuando la muestra se rompe, para calcular el límite elástico, 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 de la muestra.
2. Curva de tracción
Análisis de varias etapas del proceso de estiramiento:
a. En la etapa OP con una carga pequeña, el 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 adoptar una relación no lineal. La muestra entra en la etapa de deformación inicial, se elimina la carga y la muestra puede volver a su estado original y deformarse elásticamente.
do. Después de que la carga excede el Fe, se elimina la carga, se restaura parte de la deformación y se retiene parte de la deformación residual, lo que se denomina deformación plástica. Fe se llama límite elástico.
d. Cuando la carga aumenta aún más, la curva de tracción muestra dientes de sierra. Cuando la carga no aumenta ni disminuye, el fenómeno de alargamiento continuo de la muestra experimental se denomina fluencia. Después de la fluencia, la muestra comienza a sufrir una deformación plástica evidente.
mi. Después de la fluencia, la muestra muestra un aumento en la resistencia a la deformación, endurecimiento por trabajo y refuerzo por deformación. Cuando la carga alcanza Fb, la misma parte de la muestra se contrae bruscamente. Fb es el límite de fuerza.
F. El fenómeno de contracción conduce a una disminución de la capacidad de carga de la muestra. Cuando la carga alcanza Fk, la muestra se rompe. Esto se llama carga de fractura.
Fuerza de producción
El límite elástico es el valor máximo de tensión que un material metálico puede soportar desde el comienzo de la deformación plástica hasta la fractura completa cuando se somete a una 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
Límite elástico superior: se refiere a la tensión máxima de la muestra antes de que la fuerza caiga por primera vez cuando ocurre la fluencia.
Menor límite elástico: se refiere a la tensión mínima en la etapa de fluencia cuando se ignora el efecto transitorio inicial. Dado que el valor del límite elástico inferior es relativamente estable, generalmente se usa como indicador de la resistencia del material, llamado límite elástico o límite elástico.
Fórmula de cálculo
Para límite elástico superior: R = F / Sₒ, donde F es la fuerza máxima antes de que la fuerza caiga por primera vez en la etapa de fluencia, y Sₒ es el área de la sección transversal original de la muestra.
Para un límite elástico más bajo: R = F / Sₒ, donde F es la fuerza mínima F ignorando el efecto transitorio inicial, y Sₒ es el área de la sección transversal original de la muestra.
Unidad
La unidad de límite elástico suele ser MPa (megapascal) o N/mm² (Newton por milímetro cuadrado).
Ejemplo
Tomemos como ejemplo el acero con bajo contenido de carbono, su límite elástico suele ser de 207 MPa. Cuando se somete a una fuerza externa mayor que este límite, el acero con bajo contenido de carbono producirá una deformación permanente y no podrá restaurarse; cuando se somete a una fuerza externa menor que este límite, el acero con bajo contenido de carbono puede volver a su estado original.
El límite elástico 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 someten a fuerzas externas.
Resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción es la capacidad de un material para resistir daños bajo una carga de tracción, que se expresa específicamente como el valor máximo de tensión que el material puede soportar durante el proceso de tracción. Cuando la tensión de tracción sobre el material excede su resistencia a la tracción, el material sufrirá deformación plástica o fractura.
Fórmula de cálculo
La fórmula de cálculo de la resistencia a la tracción (σt) es:
σt = F/A
Donde F es la fuerza de tracción máxima (Newton, N) que la muestra puede soportar antes de romperse y A es el área de la sección 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 equivale a 1.000.000 de Newtons por metro cuadrado, que también equivale a 1 N/mm².
Factores que influyen
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. Los diferentes materiales tienen diferentes resistencias a la tracción, por lo que en aplicaciones prácticas, es necesario seleccionar materiales adecuados en función de las propiedades mecánicas del materiales.
Aplicación práctica
La resistencia a la tracción es un parámetro muy importante en el campo de la ciencia e ingeniería de materiales y, a menudo, se utiliza 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 tenerse en cuenta. Por ejemplo, en ingeniería de la construcción, la resistencia a la tracción del acero es un factor importante para determinar si puede soportar cargas; En el campo aeroespacial, la resistencia a la tracción de materiales ligeros 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 componentes producen gradualmente daños acumulativos permanentes locales en uno o varios lugares bajo tensión o deformación cíclica, y se producen grietas o fracturas completas repentinas después de un cierto número de ciclos.
Características
Brusco en el tiempo: la falla por fatiga del metal a menudo ocurre repentinamente en un corto período de tiempo sin signos obvios.
Localidad en posición: La falla por fatiga generalmente ocurre en áreas locales donde se concentra el estrés.
Sensibilidad al medio ambiente y a los defectos: La fatiga del metal es muy sensible al medio ambiente y a pequeños defectos dentro del material, que pueden acelerar el proceso de fatiga.
Factores que influyen
Amplitud de tensión: la magnitud de la tensión afecta directamente la vida a fatiga del metal.
Magnitud de la tensión promedio: cuanto mayor es la tensión promedio, más corta es la vida a fatiga del metal.
Número de ciclos: cuantas más veces el metal esté bajo tensión o deformación cíclica, más grave será la acumulación de daño por fatiga.
Medidas preventivas
Optimice la selección de materiales: seleccione materiales con límites de fatiga más altos.
Reducción de la concentración de tensiones: reduzca la concentración de tensiones mediante el diseño estructural o métodos de procesamiento, como el uso de transiciones de esquinas redondeadas, el aumento de las dimensiones de la sección transversal, etc.
Tratamiento superficial: pulido, pulverización, etc. sobre la superficie del metal para reducir los defectos superficiales y mejorar la resistencia a la fatiga.
Inspección y mantenimiento: Inspeccione periódicamente los componentes metálicos para detectar y reparar rápidamente defectos como grietas; mantener piezas propensas a la fatiga, como reemplazar piezas desgastadas y reforzar los eslabones débiles.
La fatiga del metal es un modo común de falla del metal, que se caracteriza por ser repentino, localizado y sensible al medio ambiente. La amplitud de la tensión, la magnitud media de la tensión y el número de ciclos son los principales factores que afectan la fatiga del metal.
Curva SN: describe la vida a fatiga de los materiales bajo diferentes niveles de tensión, donde S representa la tensión y N representa el número de ciclos de tensión.
Fórmula del coeficiente de resistencia a la 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 la tensión, N es el número de ciclos de tensión y my C son constantes del material.
Pasos de cálculo
Determine las constantes del material:
Determine los valores de my C mediante experimentos o consultando 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 tensión causada por filetes, chaveteros, etc., para determinar el factor de concentración de tensión K. Calcule la resistencia a la fatiga: según la curva SN y la tensión El factor de concentración, combinado con la vida útil de diseño y el nivel de tensión de trabajo de la pieza, calcula la resistencia a la fatiga.
2. Plasticidad:
La plasticidad se refiere a la propiedad de un material que, sometido a una 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 de calibre después de que la muestra se fractura por tracción hasta la longitud de calibre original.
Fórmula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Donde L0 es la longitud calibrada original de la muestra;
L1 es la longitud calibrada después de que se rompe la muestra.
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 estricción después de que la muestra se rompe hasta el área de la sección transversal original.
Fórmula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Donde F0 es el área de la sección transversal original de la muestra;
F1 es el área de la sección transversal en el punto de estricción después de que se rompe la muestra.
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 de 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 según diferentes métodos de prueba. Incluye principalmente lo siguiente:
Dureza Brinell (HB):
Ámbito de aplicación: Generalmente se utiliza cuando el material es más blando, 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 endurecido o una bola de carburo de cierto diámetro en la superficie del metal a probar, y la carga se descarga después de un tiempo específico, y el diámetro de la muesca sobre la superficie a ensayar.
Fórmula de cálculo: El valor de dureza Brinell es el cociente que se obtiene dividiendo la carga por la superficie esférica de la indentación.
Dureza Rockwell (HR):
Ámbito de aplicación: Generalmente se utiliza para materiales con mayor dureza, como la dureza después del tratamiento térmico.
Principio de prueba: similar a la dureza Brinell, pero utilizando diferentes sondas (diamante) y diferentes métodos de cálculo.
Tipos: Dependiendo de la aplicación, existen HRC (para materiales de alta dureza), HRA, HRB y otros tipos.
Dureza Vickers (HV):
Ámbito de aplicación: Adecuado para análisis microscópico.
Principio de prueba: presione la superficie del material con una carga de menos de 120 kg y un penetrador de cono cuadrado de diamante con un ángulo de vértice de 136 °, y divida el área de la superficie del hoyo de indentación del material por el valor de carga para obtener el valor de dureza Vickers.
Dureza Leeb (HL):
Características: Probador de dureza portátil, fácil de medir.
Principio de prueba: utilice el rebote generado por la cabeza de la bola de impacto después de impactar la superficie de dureza y calcule la dureza mediante la relación entre la velocidad de rebote del punzón a 1 mm de la superficie de la muestra y la velocidad de impacto.
Hora de publicación: 25 de septiembre de 2024
