สมบัติทางกลของโลหะและวิธีการกำหนด การทดสอบวัสดุและรอยเชื่อม การทดสอบความแข็งแรงของเหล็ก

กฎของฮุก

ดังที่ทราบกันดีว่าโลหะและโลหะผสมหลายชนิดมีคุณสมบัติทางกลและเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน ซึ่งกำหนดคุณภาพของชิ้นส่วนเครื่องจักรและความสามารถในการแปรรูปโลหะ คุณสมบัติเหล่านี้ของโลหะถูกเปิดเผยโดยการทดสอบที่เหมาะสมสำหรับแรงดึง แรงอัด การดัดงอ ความแข็ง ฯลฯ

การทดสอบแรงดึงเพื่อตรวจสอบความแข็งแรงของโลหะรับแรงดึง ให้สร้างตัวอย่างที่ 1 และติดตั้งในแคลมป์ (หรืออุปกรณ์จับยึด) 2 ของเครื่องทดสอบแรงดึง เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ เครื่องจักรที่มีระบบส่งกำลังไฮดรอลิกหรือระบบสกรูมักถูกใช้บ่อยที่สุด

แรงดึง F (รูปที่ 51) ทำให้เกิดความเครียดในชิ้นงานทดสอบและทำให้ยืดออก เมื่อความเค้นเกินกำลังของตัวอย่างก็จะแตกหัก

ข้าว. 51

ผลการทดสอบมักจะนำเสนอในรูปแบบของแผนภาพ โหลด F ถูกพล็อตตามแกน abscissa การยืดสัมบูรณ์?l ถูกพล็อตตามแกนพิกัด

จากแผนภาพจะเห็นได้ว่าในตอนแรกตัวอย่างจะยืดออกตามสัดส่วนของน้ำหนักบรรทุก ส่วน OA แบบตรงนั้นสอดคล้องกับการเปลี่ยนรูปที่ยืดหยุ่นและย้อนกลับได้ เมื่อขนถ่าย ตัวอย่างจะถือว่าขนาดเดิม (กระบวนการนี้อธิบายโดยส่วนตรงเดียวกันของเส้นโค้ง) ส่วนโค้ง AC สอดคล้องกับพลาสติกที่เปลี่ยนรูปไม่ได้ ในระหว่างการขนถ่าย (เส้นประ CB) ตัวอย่างจะไม่กลับสู่ขนาดเริ่มต้นและยังคงรักษาความผิดปกติบางส่วนไว้

จากจุด C ชิ้นงานทดสอบจะยืดออกโดยไม่เพิ่มภาระ ส่วนแนวนอนของไดอะแกรม CM เรียกว่าที่ราบสูงของผลผลิต ความเค้นที่ความเครียดเพิ่มขึ้นโดยไม่เพิ่มน้ำหนักเรียกว่ากำลังคราก

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าความลื่นไหลมาพร้อมกับการเคลื่อนตัวของผลึกร่วมกันอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เส้นปรากฏบนพื้นผิวตัวอย่างซึ่งเอียงไปที่แกนของตัวอย่างที่มุม 45° เมื่อผ่านสภาวะลื่นไหลแล้ว วัสดุก็จะได้รับความสามารถในการต้านทานการยืดตัว (เสริมกำลัง) อีกครั้ง และแผนภาพที่อยู่เหนือจุด M จะลอยขึ้น แม้ว่าจะนุ่มนวลกว่าเมื่อก่อนมาก ที่จุด D ความเค้นของตัวอย่างถึงค่าสูงสุด และคอที่เรียกว่าคอที่เรียกว่าคอแคบจะปรากฏขึ้นบนตัวอย่าง พื้นที่หน้าตัดของคอลดลงอย่างรวดเร็วและเป็นผลให้ตัวอย่างแตกซึ่งสอดคล้องกับตำแหน่งของจุด K บนไดอะแกรม

F D - โหลดซึ่งหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งจะเกิดการทำลายตัวอย่างที่ยืดออก N (kgf); S คือพื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างในตำแหน่งเริ่มต้น m 2 (mm 2)

โดยปกติ เมื่อทำการทดสอบแรงดึงของโลหะและโลหะผสมต่างๆ ค่าการยืดตัวสัมพัทธ์ e จะถูกกำหนด - อัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของความยาวของตัวอย่างต่อการแตกของความยาวเริ่มต้นของตัวอย่าง มันถูกกำหนดโดยสูตรหรือไม่? \u003d?l / l 0 -100,

ที่ไหน: ? - การขยายแบบสัมพัทธ์;

L \u003d l 1 - I 0 - การยืดตัวแบบสัมบูรณ์ l 0 - ความยาวเริ่มต้นของตัวอย่าง l 1 - ความยาวตัวอย่างหลังการทดสอบ จากการทดลองพบว่าความเค้นในวัสดุในระหว่างการเปลี่ยนรูปยางยืดเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนกับการยืดตัวสัมพัทธ์ของตัวอย่าง การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่ากฎของกุก

สำหรับการยืดข้างเดียว (ตามยาว) กฎของฮุคมีรูปแบบ o \u003d E-?,

โดยที่: o \u003d F / s - ความเครียดปกติ F - แรงดึง; s - พื้นที่หน้าตัด;

นามสกุลสัมพัทธ์;

E เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุของแท่ง

บันทึก. ในระบบ SI หน่วยของความเครียดคือ Pascal - ความเค้นที่เกิดจากแรง 1 นิวตัน (N) กระจายอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวปกติที่มีพื้นที่ 1 m 2

1 Pa \u003d 0.102 10 -4 kgf / cm 2;

1 Pa \u003d 0.102 10 -6 kgf / mm 2;

1 kgf / cm 2 \u003d 9.81 10 4 Pa;

1 kgf / mm 2 \u003d 9.81 10 6 Pa.

เนื่องจากหน่วยความเครียดปาสกาลมีขนาดเล็กมากจึงจำเป็นต้องใช้หน่วยที่ใหญ่กว่า - เมกะปาสกาล 1 MPa = 10 6 Pa

State Standard อนุญาตให้ใช้หน่วยนิวตันต่อตารางมิลลิเมตร (N / mm 2) ค่าตัวเลขของความเค้นที่แสดงเป็น N / mm 2 และ MPa จะเท่ากัน หน่วย N / mm 2 ก็สะดวกเช่นกันเพราะขนาดในภาพวาดเป็นมิลลิเมตร

ปัจจัยสัดส่วน E เรียกว่าโมดูลัสแรงดึงหรือโมดูลัสของยัง ความหมายทางกายภาพของโมดูลัสความยืดหยุ่นคืออะไร? ให้เราดูแผนภาพแรงดึงของตัวอย่าง (ดูรูปที่ 51, II) โมดูลัสความยืดหยุ่นของมันคือสัดส่วนกับแทนเจนต์ของมุมเอียง a กับแกน abscissa ซึ่งหมายความว่ายิ่ง OA ที่เป็นเส้นตรงชันขึ้น วัสดุก็จะยิ่งแข็งขึ้น และมีความต้านทานมากขึ้นต่อการเสียรูปยืดหยุ่น

ในการจำแนกลักษณะของโลหะ สิ่งสำคัญคือต้องทราบไม่เพียงแต่การยืดตัวแบบสัมพัทธ์เท่านั้น แต่ยังต้องทราบถึงการแคบลงของพื้นที่หน้าตัดแบบสัมพัทธ์ด้วย ซึ่งทำให้สามารถระบุลักษณะความเป็นพลาสติกของวัสดุได้

โดยธรรมชาติแล้ว เมื่อตัวอย่างถูกยืดออก พื้นที่หน้าตัดจะลดลง เมื่อถึงจุดแตกหักก็จะเล็กที่สุด การลดขนาดสัมพัทธ์ถูกกำหนดโดยสูตร? = (ส 0 - ส 1) / ส 0 100%,

ที่ไหน: ? - การลดขนาดสัมพัทธ์

S 0 - พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างก่อนการทดสอบ S 1 - พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างที่จุดแตก (ในคอ)

ยิ่งการยืดตัวสัมพัทธ์และการตีบแคบสัมพัทธ์ของภาพตัดขวางของตัวอย่างมากเท่าใด วัสดุก็จะยิ่งเป็นพลาสติกมากขึ้นเท่านั้น

นอกเหนือจากคุณสมบัติทางกลที่พิจารณาทั้งสามประการของคุณสมบัติทางกลของโลหะ: ความต้านทานแรงดึง (opch) การยืดตัวแบบสัมพัทธ์ (e) และการลดขนาดสัมพัทธ์ (?) เป็นไปได้ที่จะกำหนดโดยใช้แผนภาพที่บันทึกไว้ในเครื่อง ขีด จำกัด ยืดหยุ่น (o y) และกำลังคราก (o m)

การทดสอบแรงอัดสำหรับการทดสอบโลหะสำหรับการบีบอัด (รูปที่ 53) ส่วนใหญ่มักใช้การอัดซึ่งแรงอัดจะเกิดขึ้นจากการเพิ่มแรงดันไฮดรอลิก เมื่อตัวอย่างวัสดุพลาสติก เช่น เหล็กอ่อน (รูปที่ 53, I) ถูกบีบอัด ขนาดตามขวางจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความยาวลดลงอย่างมาก ในกรณีนี้ ไม่มีการละเมิดความสมบูรณ์ของตัวอย่าง (รูปที่ 54) จะเห็นได้จากแผนภาพการบีบอัด (รูปที่ 53, II) ว่าในระยะเริ่มต้นของการโหลด การเสียรูปจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของโหลด จากนั้นการเปลี่ยนรูปจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วพร้อมกับโหลดที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย จากนั้นการเติบโตของ การเสียรูปจะค่อยๆ ช้าลงเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของส่วนตัดขวางของตัวอย่าง

ข้าว. 52

ข้าว. 53

ตัวอย่างที่ทำจากวัสดุเปราะจะถูกทำลายภายใต้การบีบอัด (รูปที่ 54, III) ตัวอย่างเช่น แท่งเหล็กหล่อ เมื่อถึงภาระการแตกหัก จะแตกออกเป็นส่วนๆ ซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กันตามแท่นเอียง (รูปที่ 53, III)

ข้าว. 54

สำหรับแรงอัด กฎของฮุกมีผลบังคับใช้อย่างเต็มที่ โดยวัสดุใดต้านทานแรงอัดตามสัดส่วนของแรงที่ใช้จนถึงขีดจำกัดความยืดหยุ่น โมดูลัสอัดสำหรับวัสดุส่วนใหญ่มีค่าเท่ากับโมดูลัสแรงดึง ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือวัสดุที่เปราะบาง - คอนกรีต อิฐ ฯลฯ การเปรียบเทียบในลักษณะของความเค้นอัดกับความเค้นแรงดึงทำให้สามารถอธิบายกระบวนการเหล่านี้ด้วยสมการทางคณิตศาสตร์เดียวกันได้

การทดสอบการดัด. เมื่อทำการทดสอบการดัดงอ ตัวอย่าง (บีม) จะถูกวางโดยให้ปลายทั้งสองข้างรองรับและบรรจุไว้ตรงกลาง (รูปที่ 55) ความต้านทานของวัสดุต่อการดัดงอจะพิจารณาจากขนาดการโก่งตัวของตัวอย่าง

ข้าว. 55

ตอนนี้ให้เราจินตนาการถึงเส้นใยตามยาวในจินตภาพในลำแสง เมื่อดัดงอเส้นใยของโซนหนึ่งจะถูกบีบอัดในขณะที่อีกส่วนหนึ่งจะถูกยืดออก (รูปที่ 55, II)

ระหว่างโซนของการบีบอัดและความตึงเครียดมีชั้นที่เป็นกลางซึ่งเส้นใยที่ไม่ถูกเปลี่ยนรูปนั่นคือความยาวของพวกมันจะไม่เปลี่ยนแปลง จากรูป 55 แสดงให้เห็นว่ายิ่งมีการจัดวางเส้นใยจากชั้นที่เป็นกลางมากเท่าใด ก็จะยิ่งพบกับการเสียรูปมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าเมื่อดัดในส่วนตัดของลำแสงภายใต้การกระทำของแรงภายในจะเกิดความเค้นอัดและแรงดึงตามปกติซึ่งขนาดขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดที่พิจารณาในส่วน เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงความเครียดสูงสุด: ในเขตบีบอัด - ? max , ในเขตยืด - ? ม. ที่จุดบนแกนกลาง ความเค้นจะเป็นศูนย์ ความเค้นปกติที่เกิดขึ้นที่จุดตัดขวางของความสูงต่างกันเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนระยะห่างจากชั้นเป็นกลางและสามารถคำนวณได้โดยสูตร? = (E z) / p,

ที่ไหน: ? - ความเครียดปกติ

z คือระยะทางจากเส้นใยที่เราสนใจไปยังชั้นที่เป็นกลาง E - โมดูลัสความยืดหยุ่น; p คือรัศมีความโค้งของชั้นกลาง

การทดสอบแรงเฉือนเมื่อทำการทดสอบการตัด (รูปที่ 56) ตัวอย่างโลหะ 3 ที่มีรูปทรงกระบอกจะถูกแทรกเข้าไปในรูของอุปกรณ์ซึ่งเป็นส้อม 1 และดิสก์ 2 เครื่องดึงดิสก์ออกจากส้อมเช่น ผลลัพธ์จากการที่ส่วนตรงกลางของตัวอย่างเคลื่อนที่สัมพันธ์กับส่วนสุดขั้ว พื้นที่ทำงาน S (พื้นที่ตัด) เท่ากับสองเท่าของพื้นที่หน้าตัดของตัวอย่าง เนื่องจากการตัดเกิดขึ้นพร้อมกันในสองระนาบ

ข้าว. 56

เมื่อทำการตัดเฉือน จุดทั้งหมดของส่วนที่เปลี่ยนรูปได้ซึ่งจำกัดโดยระนาบของแรงกระทำจะถูกแทนที่ด้วยระยะทางที่เท่ากัน กล่าวคือ วัสดุที่จุดเหล่านี้จะมีการเปลี่ยนรูปเหมือนกัน ซึ่งหมายความว่าในทุกจุดของส่วนนี้ จะมีการเน้นประสิทธิภาพแบบเดียวกัน

ค่าความเค้นถูกกำหนดโดยการหารผลลัพธ์ F ของแรงภายใน (ตามขวาง) ด้วยพื้นที่หน้าตัดของแกน S เนื่องจากเวกเตอร์ความเค้นตั้งอยู่ในระนาบของส่วน ความเค้นเฉือนจึงเกิดขึ้น ซึ่งกำหนดโดย สูตร r cf = F / 2S โดยที่: r cf - ค่าความเครียดที่ลดลง

F - แรงลัพธ์;

S คือพื้นที่หน้าตัดของตัวอย่าง แรงเฉือนคือการแตกหักที่เกิดจากแรงเฉือนของวัสดุส่วนหนึ่งเทียบกับส่วนอื่น ซึ่งเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของความเค้นเฉือน สำหรับการเสียรูปของแรงเฉือน กฎของฮุกนั้นใช้ได้: ในเขตยืดหยุ่น ความเค้นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเสียรูปสัมพัทธ์ สัมประสิทธิ์ของสัดส่วนคือค่าของโมดูลัสความยืดหยุ่นในแรงเฉือน G แรงเฉือนสัมพัทธ์ (มุมเฉือน) แสดงแทน y ดังนั้นกฎของฮุคสำหรับการเสียรูปของแรงเฉือนจึงมีรูปแบบ t = Gg โดยที่: r = F/S - ความเค้นเฉือน F - แรงสัมผัส; S คือพื้นที่ของชั้นตัด y - มุมกะ;

G คือโมดูลัสเฉือนขึ้นอยู่กับวัสดุของร่างกาย

การทดสอบแรงบิดเมื่อทำการทดสอบชิ้นงานทดสอบแรงบิด ปลายด้านหนึ่งของท่อ 2 จะยึดอยู่กับที่ 1 ส่วนอีกด้านจะถูกหมุนโดยใช้คันโยก 3 (รูปที่ 57) แรงบิดมีลักษณะโดยการหมุนร่วมกันของส่วนตัดขวางของแกน, เพลา, ท่อภายใต้อิทธิพลของโมเมนต์ (แรงคู่) ที่กระทำในส่วนเหล่านี้ หากมีการใช้เครื่องเจเนอเรเตอร์ที่เป็นเส้นตรงบนพื้นผิวของแท่งก่อนที่จะใช้แรงบิด (รูปที่ 57, I) จากนั้นหลังจากบิด generatrices เหล่านี้จะอยู่ในรูปของเส้นเกลียวและแต่ละส่วนจะหมุนผ่านมุมหนึ่งเมื่อเทียบกับ ข้างเคียง (ดูรูปที่ 57, II) . ซึ่งหมายความว่าการเสียรูปแรงเฉือนเกิดขึ้นในแต่ละส่วนและเกิดความเค้นเฉือนขึ้น ระดับการเคลื่อนตัวของวัสดุระหว่างแรงบิดถูกกำหนดโดยมุมของการบิดหรือไม่? และเปลี่ยนคุณ ค่าสัมบูรณ์ของแรงบิดถูกกำหนดโดยมุมบิดของส่วนที่พิจารณาซึ่งสัมพันธ์กับส่วนคงที่ ได้มุมบิดสูงสุดที่ระยะมากที่สุดจากปลายคงที่ของแกน

ข้าว. 57

อัตราส่วนมุมบิด? เรียกว่า มุมสัมพัทธ์ของการบิดตัว Q = ? /Z,

โดยที่: Q - มุมสัมพัทธ์ของการบิด;

มุมบิด;

การทดสอบความแข็งในการพิจารณาความแข็งของวัสดุในการปฏิบัติงานในโรงงานและห้องปฏิบัติการ จะใช้สองวิธี: วิธี Brinell และวิธี Rockwell

วิธีบริเนลวิธีนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อทำการวัดความแข็งของโลหะ ลูกเหล็ก 1 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5; 5 หรือ 10 มม. ถูกกดลงในพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ 2 ที่โหลดที่กำหนด 3 จาก 625 N ถึง 30 kN (62.5 ถึง 3000 kgf) หลังจากนำโหลดออกแล้ว เส้นผ่านศูนย์กลาง d ของรอยประทับที่เหลืออยู่บนพื้นผิวของตัวอย่างจะถูกวัด (รูปที่ 58) ซึ่งยิ่งเล็ก ยิ่งโลหะมีความแข็ง

ข้าว. 58

บันทึก. ลูกเหล็กจะต้องทำจากเหล็กอบร้อนที่มีความแข็งอย่างน้อย HB850 ความหยาบผิว R z ไม่ต่ำกว่าพารามิเตอร์ 0.100 ตาม GOST 2789-73 พื้นผิวของลูกบอลต้องไม่มีตำหนิที่มองเห็นได้ด้วยเลนส์ขยาย 5 เท่า

ค่าความแข็งบริเนลคำนวณโดยสูตร

D - เส้นผ่านศูนย์กลางลูก, มม.;

d - เส้นผ่านศูนย์กลางของสำนักพิมพ์ mm.

ตารางพิเศษ (GOST 9012-59) ทำให้สามารถระบุความแข็งของโลหะทั่วไปได้

ควรสังเกตว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างความแข็ง Brinell ของเหล็ก HB กับค่าความต้านทานแรงดึง o p สำหรับรูปแบบคาร์บอนทั่วไป ซึ่งแสดงโดยสูตร o p = 0.36 HB

ดังนั้นเมื่อทราบความแข็งของเหล็กตาม Brinell แล้ว จึงสามารถคำนวณค่าความต้านทานแรงดึงได้

สูตรนี้มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง วิธี Brinell มักจะกำหนดความแข็งของเหล็กไม่ชุบแข็ง เหล็กหล่อ และโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ความแข็งของเหล็กชุบแข็งวัดโดยใช้เครื่องทดสอบ Rockwell

วิธีร็อกเวลล์เมื่อวัดความแข็งของโลหะโดยใช้วิธีนี้ ทิปแบบมาตรฐาน (กรวยเพชรสำหรับโลหะแข็งหรือลูกเหล็กสำหรับวัตถุที่นิ่มกว่า) จะถูกกดลงในตัวอย่างทดสอบภายใต้การกระทำของโหลดที่เรียงตามลำดับสองครั้ง: เบื้องต้น (F 0) 100 N (10 kgf) และสุดท้าย (F 1) 1,000 N (100 kgf) - สำหรับลูกบอลและ 1500 N (150 kgf) - สำหรับกรวยเพชร

ภายใต้การกระทำของพรีโหลด กรวยจะแทรกซึมเข้าไปในโลหะจนถึงระดับความลึก h 0 (รูปที่ 59, I); เมื่อเพิ่มภาระหลักเบื้องต้น ความลึกของสำนักพิมพ์จะเพิ่มขึ้นเป็น ชั่วโมง (รูปที่ 59, II) และหลังจากนำภาระหลักออกแล้วจะยังคงเท่ากับ ชั่วโมง 1 (รูปที่ 59, III)

ข้าว. 59

ความลึกของรอยประทับ h = h 1 - h 0 ที่ได้รับเนื่องจากโหลดหลัก F 1 แสดงถึงความแข็งของ Rockwell การทดสอบ Rockwell ดำเนินการด้วยเครื่องมือพิเศษที่ติดตั้งตัวบ่งชี้ที่แสดงหมายเลขความแข็งทันทีหลังจากการทดสอบเสร็จสิ้น

ตัวบ่งชี้มีสเกลสองระดับ: สีดำ (C) สำหรับการทดสอบด้วยกรวยเพชร และสีแดง (B) สำหรับการทดสอบด้วยลูกบอล

ความแข็งแบบร็อกเวลล์วัดในหน่วยทั่วไป

ตัวอย่างการกำหนดความแข็ง Rockwell: HRC50 (ความแข็ง 50 ในระดับ C)

การกำหนดความแข็งด้วยไฟล์ที่ปรับเทียบแล้ว. สามารถกำหนดความแข็งของ HRC ได้โดยใช้ชุดไฟล์ที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนจนถึงความแข็งตัดที่แตกต่างกัน โดยปกติ ช่วงรอยบากจะอยู่ระหว่าง 3 ถึง 5 หน่วย HRC การปรับเทียบไฟล์จะดำเนินการตามไทล์อ้างอิง ซึ่งความแข็งจะถูกกำหนดล่วงหน้าบนอุปกรณ์อย่างแม่นยำ

ความแข็งของชิ้นส่วนที่ทดสอบนั้นพิจารณาจากไฟล์สองไฟล์ที่มีช่วงความแข็งต่ำสุด โดยไฟล์หนึ่งสามารถเลื่อนผ่านชิ้นส่วนได้เท่านั้น และไฟล์ที่สองเกาเล็กน้อย หากไฟล์ที่มี HRC62 ขีดข่วนโลหะ และ HRC59 เลื่อนเฉพาะพื้นผิวของชิ้นส่วน แสดงว่าความแข็งคือ HRC60-61

ในทางปฏิบัติ วิธีนี้ใช้เพื่อกำหนดความแข็งของเครื่องมือ (รีมเมอร์ คัตเตอร์ ฯลฯ) ความแข็งซึ่งยากต่อการวัดด้วยวิธีอื่น

มีวิธีอื่นในการกำหนดความแข็ง (วิธี Vickers วิธีแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ ) ซึ่งไม่ได้พิจารณาในหนังสือเล่มนี้

คุณสมบัติทางกลของโลหะและวิธีการกำหนด

บทนำ

คุณสมบัติทางกลกำหนดความสามารถของโลหะในการต้านทานผลกระทบของแรงภายนอก (โหลด) ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของโลหะ โครงสร้าง ลักษณะของการประมวลผลทางเทคโนโลยี และปัจจัยอื่นๆ เมื่อทราบคุณสมบัติทางกลของโลหะแล้ว เราสามารถตัดสินพฤติกรรมของโลหะในระหว่างการประมวลผลและระหว่างการทำงานของเครื่องจักรและกลไก

คุณสมบัติทางกลหลักของโลหะ ได้แก่ ความแข็งแรง ความเหนียว ความแข็ง และแรงกระแทก

ความแข็งแกร่ง - ความสามารถของโลหะที่จะไม่ยุบตัวภายใต้การกระทำของแรงภายนอกที่นำไปใช้กับมัน

ความเป็นพลาสติก - ความสามารถของโลหะในการรับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาดที่เหลือโดยไม่ทำลาย

ความแข็ง - ความสามารถของโลหะในการต้านทานการถูกกดทับโดยตัวอื่นที่แข็งแรงกว่า

แรงกระแทก - ระดับความต้านทานของโลหะต่อการทำลายภายใต้แรงกระแทก

คุณสมบัติทางกลถูกกำหนดโดยการดำเนินการ การทดสอบทางกล.

1. การทดสอบแรงดึง

การทดสอบเหล่านี้จะกำหนดคุณลักษณะต่างๆ เช่น ขีดจำกัดของสัดส่วน ความยืดหยุ่น ความแข็งแรง และความเหนียวของโลหะ สำหรับการทดสอบแรงดึง จะใช้ตัวอย่างทรงกลมและแบน (รูปที่ 2.1, a, b) ซึ่งรูปร่างและขนาดกำหนดโดยมาตรฐาน ตัวอย่างทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง d 0 = 10 มม. ซึ่งมีความยาวคำนวณได้ l 0 = 10d 0 เรียกว่าปกติ และตัวอย่างที่มีความยาว l 0 = 5d 0 จะสั้น ในการทดสอบแรงดึง ตัวอย่างจะถูกยืดออกภายใต้การกระทำของโหลดที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยและทำให้เกิดความล้มเหลว

เครื่องดึงแรงดึงมีการติดตั้งอุปกรณ์บันทึกตัวเองแบบพิเศษซึ่งจะดึงเส้นโค้งความเครียดที่เรียกว่าแผนภาพการยืดออกโดยอัตโนมัติ แผนภาพความตึงในพิกัด "โหลด P - การยืดตัว? l" สะท้อนถึงพื้นที่และจุดที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งช่วยให้คุณสามารถกำหนดคุณสมบัติของโลหะและโลหะผสมได้จำนวนหนึ่ง (รูปที่ 2.1) ในพื้นที่ 0 - Rpc การยืดตัวของตัวอย่างจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนโดยตรงกับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ด้วยภาระที่เพิ่มขึ้นมากกว่า R pts ในส่วน R pts - P การควบคุม สัดส่วนโดยตรงจะถูกละเมิด แต่การเสียรูปยังคงยืดหยุ่น (ย้อนกลับได้) ในพื้นที่เหนือจุด P vpr จะเกิดการเสียรูปตกค้างที่สังเกตเห็นได้ชัดเจน และเส้นโค้งการยืดจะเบี่ยงเบนไปจากเส้นตรงอย่างมีนัยสำคัญ ภายใต้โหลด P t ส่วนแนวนอนของไดอะแกรมจะปรากฏขึ้น - แท่นให้ผลผลิต T-T 1 ซึ่งสังเกตส่วนใหญ่ในชิ้นส่วนที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ไม่มีที่ราบสูงที่ให้ผลตอบแทนบนกราฟความตึงของโลหะเปราะ เหนือจุด P เสื้อ โหลดเพิ่มขึ้นถึงจุด A ซึ่งสอดคล้องกับโหลดสูงสุด P ใน หลังจากนั้นจะเริ่มตก ซึ่งสัมพันธ์กับการก่อตัวของการทำให้บางเฉพาะของตัวอย่าง (คอ) จากนั้นโหลดจะลดลงไปยังจุด B ซึ่งเกิดการทำลายตัวอย่าง ด้วยการก่อตัวของคอจะทำลายเฉพาะโลหะเหนียวเท่านั้น

a, b - ชิ้นงานมาตรฐานสำหรับการทดสอบแรงดึง

c - แผนภาพแรงดึงของตัวอย่างที่ทำจากวัสดุพลาสติก

รูปที่ 2.1 - การทดสอบแรงดึง

แรงที่สอดคล้องกับจุดหลักของแผนภาพความตึงทำให้สามารถกำหนดลักษณะความแข็งแรงที่แสดงเป็นเมกะปาสคาล MPa ตามสูตร

โดยที่ ฉัน - ความเครียด, MPa;

P i - จุดที่สอดคล้องกันของแผนภาพความตึง N;

F 0 - พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างก่อนการทดสอบ mm 2

ขีด จำกัด ของสัดส่วนที่พีซีคือความเค้นสูงสุดซึ่งรักษาสัดส่วนโดยตรงระหว่างความเค้นและความเครียด:

โดยที่ P c - แรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกับขีด จำกัด ของสัดส่วน N

การควบคุมขีดจำกัดความยืดหยุ่น y คือความเค้นที่การเสียรูปของพลาสติกถึงค่าจำนวนเล็กน้อยในครั้งแรก โดยมีลักษณะเป็นค่าความคลาดเคลื่อนที่แน่นอน (โดยปกติคือ 0.05%):

โดยที่การควบคุม P คือความเค้นที่สอดคล้องกับขีด จำกัด ยืดหยุ่น N

ความแข็งแรงของผลผลิตทางกายภาพ y t คือความเค้น ซึ่งเริ่มต้นจากการที่ตัวอย่างเกิดการเสียรูปโดยแทบไม่มีการเพิ่มภาระเพิ่มเติมอีกเลย:

โดยที่ P t คือความเค้นที่สอดคล้องกับความแข็งแรงของผลผลิต, N.

หากไม่มีจุดครากบนแผนภาพแรงดึงของวัสดุที่กำหนด ความแข็งแรงของผลผลิตตามเงื่อนไข y 0.2 จะถูกกำหนด - ความเค้นที่ทำให้เกิดการเสียรูปของพลาสติกเท่ากับ 0.2%

ความต้านแรงดึง (ความต้านแรงดึง) y in - ความเค้นเท่ากับอัตราส่วนของโหลดสูงสุดก่อนการทำลายตัวอย่างกับพื้นที่หน้าตัดเดิม:

โดยที่ P in คือความเค้นที่สอดคล้องกับความต้านทานแรงดึง N

จากผลการทดสอบแรงดึง จะกำหนดลักษณะความเหนียวของโลหะ

ตัวบ่งชี้ความเป็นพลาสติกของโลหะ - การยืดตัวแบบสัมพัทธ์และการแคบแบบสัมพัทธ์ - คำนวณจากผลการวัดตัวอย่างก่อนและหลังการทดสอบ

การยืดตัวสัมพัทธ์ d ถูกพบเป็นอัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของความยาวของตัวอย่างหลังจากการแตกออกจนถึงความยาวโดยประมาณเริ่มต้น ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์:

โดยที่ l k คือความยาวของตัวอย่างหลังจากการแตก mm;

l 0 - ความยาวตัวอย่างโดยประมาณ (เริ่มต้น) มม.

การลดขนาดสัมพัทธ์ w ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของการลดลงของพื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างหลังจากแตกไปยังพื้นที่เริ่มต้นของหน้าตัดซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์:

โดยที่ F 0 คือพื้นที่หน้าตัดเริ่มต้นของตัวอย่าง

F ถึง - พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างที่บริเวณที่ถูกทำลาย

2. วิธีการกำหนดความแข็ง

วิธีที่ใช้กันทั่วไปในการพิจารณาความแข็งของวัสดุโลหะคือวิธีการเยื้อง ซึ่งจะมีการกดตัว (ส่วนปลาย) ที่แข็งกว่าอีกตัวหนึ่งเข้าไปในพื้นผิวทดสอบภายใต้การกระทำของแรงสถิตคงที่ รอยประทับยังคงอยู่บนพื้นผิวของวัสดุ ขนาดที่ใช้ในการตัดสินความแข็งของวัสดุ ดัชนีความแข็งแสดงลักษณะความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปของพลาสติก ตามกฎแล้วมีขนาดใหญ่ โดยมีการสัมผัสกับโหลดในพื้นที่

ความแข็งถูกกำหนดโดยอุปกรณ์พิเศษ - เครื่องทดสอบความแข็ง ซึ่งแตกต่างกันในรูปร่าง ขนาด และวัสดุของปลายเยื้อง ขนาดของโหลดที่ใช้ และวิธีการกำหนดหมายเลขความแข็ง เนื่องจากชั้นผิวของโลหะได้รับการทดสอบเพื่อวัดความแข็ง เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง พื้นผิวโลหะจะต้องไม่มีข้อบกพร่องภายนอก (รอยแตก รอยขีดข่วนขนาดใหญ่ ฯลฯ)

การวัดความแข็งบริเนล สาระสำคัญของวิธีนี้อยู่ที่ลูกเหล็กชุบแข็งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10, 5 หรือ 2.5 มม. ถูกกดลงบนพื้นผิวของโลหะที่ทดสอบ ขึ้นอยู่กับความหนาของตัวอย่างภายใต้การกระทำของโหลด ซึ่งก็คือ เลือกขึ้นอยู่กับความแข็งที่คาดไว้ของวัสดุที่ทดสอบและเส้นผ่านศูนย์กลางของปลายตามสูตร: P = 30D 2 ; P \u003d 10D 2; P \u003d 2.5D 2 (ตาราง 2.1)

ตาราง 2.1 - การเลือกขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางลูก D และโหลด P

วัสดุตัวอย่าง	ความแข็ง kgf/mm2	ความหนาของตัวอย่าง mm	เส้นผ่านศูนย์กลางลูก D, mm	P/D2, kgf/mm2	ความทนทานภายใต้ภาระ s
โลหะเหล็ก (เหล็ก, เหล็กหล่อ)
โลหะดำ
โลหะที่ไม่ใช่เหล็กแข็ง (ทองเหลือง ทองแดง ทองแดง)
โลหะที่ไม่ใช่เหล็กชนิดอ่อน (ดีบุก อะลูมิเนียม ฯลฯ)

รอยประทับยังคงอยู่บนพื้นผิวของตัวอย่าง (รูปที่ 2.2, a) เส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนดความแข็ง เส้นผ่านศูนย์กลางของรอยประทับวัดด้วยแว่นขยายแบบพิเศษที่มีการแบ่งส่วน

ความแข็งคำนวณโดยสูตร

โดยที่ HB - ความแข็ง Brinell, kgf / mm 2;

F คือพื้นที่ของรอยประทับที่เกิด mm 2 ;

D - เส้นผ่านศูนย์กลางปลาย, มม.;

d - เส้นผ่านศูนย์กลางของสำนักพิมพ์ mm.

รูปที่ 2.2 - การวัดความแข็งโดย Brinell (a), Rockwell (b), Vickers (c) วิธีการ

ในทางปฏิบัติ พวกเขาใช้ตารางพิเศษที่ให้การแปลเส้นผ่านศูนย์กลางเยื้องเป็นตัวเลขความแข็ง ซึ่งแสดงโดย HB ตัวอย่างเช่น 120 HB 350 HB เป็นต้น (H - ความแข็ง B - ตาม Brinell, 120, 350 - หมายเลขความแข็งเป็น kgf / mm 2 ซึ่งสอดคล้องกับ 1200 และ 3500 MPa)

วิธีนี้ใช้เป็นหลักในการวัดความแข็งของโลหะและโลหะผสมที่ไม่ชุบแข็ง: ผลิตภัณฑ์รีด การตีขึ้นรูป การหล่อ ฯลฯ

สามารถใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Brinell ได้หากความแข็งของวัสดุไม่เกิน 450 kgf / mm 2 มิฉะนั้น ลูกบอลจะเสียรูป ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด นอกจากนี้ เครื่องทดสอบความแข็ง Brinell ไม่เหมาะสำหรับการทดสอบชั้นผิวบางและชิ้นงานบาง

การวัดความแข็งแบบร็อกเวลล์ การวัดทำได้โดยการกดลูกเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.588 มม. หรือกรวยเพชรที่มีมุมยอด 120 ° ลงในโลหะที่ทดสอบ (ดูรูปที่ 2.2, b) ในทางตรงกันข้ามกับวิธี Brinell ความแข็งแบบ Rockwell ไม่ได้ถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของการเยื้อง แต่โดยความลึกของการเยื้องของปลาย

การเยื้องจะดำเนินการภายใต้การกระทำของโหลดที่ใช้ต่อเนื่องสองครั้ง - เบื้องต้นเท่ากับ? 100 N และโหลดสุดท้าย (ทั้งหมด) เท่ากับ 1400, 500 และ 900 N ความแข็งถูกกำหนดโดยความแตกต่างในความลึกของการเยื้องของงานพิมพ์ วัสดุแข็ง (เช่น เหล็กชุบแข็ง) ต้องใช้น้ำหนัก 1500 นิวตัน และใช้การเยื้องของลูกเหล็กที่มีโหลด 1,000 นิวตัน เพื่อระบุความแข็งของเหล็กที่ไม่ชุบแข็ง บรอนซ์ ทองเหลือง และวัสดุอ่อนนุ่มอื่นๆ ความลึกของการเยื้องจะถูกวัดโดยอัตโนมัติ และความแข็งหลังจากการวัดคำนวณในสามมาตราส่วน: A, B, C (ตารางที่ 2.2)

ตาราง 2.2 - เคล็ดลับและน้ำหนักสำหรับเครื่องชั่ง A, B, C

ความแข็ง (หมายเลขความแข็ง) ตาม Rockwell ระบุไว้ดังนี้: 90 HRA, 80 HRB, 55 HRC (H - ความแข็ง, P - Rockwell, A, B, C - ระดับความแข็ง, 90, 80, 55 - หมายเลขความแข็งในหน่วยทั่วไป ).

การหาค่าความแข็งแบบร็อกเวลล์นั้นใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากทำให้สามารถทดสอบโลหะอ่อนและโลหะแข็งได้โดยไม่ต้องตรวจวัดเพิ่มเติม ขนาดของงานพิมพ์มีขนาดเล็กมาก คุณจึงสามารถทดสอบชิ้นส่วนที่ทำเสร็จแล้วได้โดยไม่ทำให้เสียหาย

การวัดความแข็งแบบวิคเกอร์ วิธีนี้ช่วยให้คุณวัดความแข็งของโลหะและโลหะผสมทั้งชนิดอ่อนและแข็งมากได้ เหมาะสำหรับการทดสอบความแข็งของชั้นผิวที่บางมาก (หนาไม่เกิน 0.3 มม.) ในกรณีนี้ พีระมิดเพชรทรงสี่เหลี่ยมที่มีมุมยอด 136 o ถูกกดลงในตัวอย่างทดสอบ (ดูรูปที่ 2.2, c) ในการทดสอบดังกล่าว จะใช้โหลดตั้งแต่ 50 ถึง 1200 นิวตัน การวัดการเยื้องจะดำเนินการตามความยาวของแนวทแยงโดยตรวจสอบการเยื้องภายใต้กล้องจุลทรรศน์ที่รวมอยู่ในเครื่องทดสอบความแข็ง ค่าความแข็งของ Vickers แทน HV หาได้จากสูตร

d คือความยาวของเส้นทแยงมุมของสำนักพิมพ์ mm.

ในทางปฏิบัติ จะพบเลขความแข็ง HV ตามตารางพิเศษ

3. การกำหนดกำลังรับแรงกระแทก

การหาค่าความทนแรงกระแทกจะดำเนินการกับเครื่องทดสอบแรงกระแทกลูกตุ้มแบบพิเศษ (รูปที่ 2.3) สำหรับการทดสอบ จะใช้ชิ้นงานทดสอบที่มีรอยบากแบบมาตรฐานซึ่งติดตั้งอยู่บนส่วนรองรับของเนื้อมะพร้าวแห้ง ลูกตุ้มที่มีมวลจำนวนหนึ่งถูกยกขึ้นไปที่ความสูง H และคงที่ จากนั้นลูกตุ้มที่ปล่อยจากสลักจะตกลงมา ทำลายตัวอย่างและเพิ่มขึ้นอีกครั้งจนถึงความสูงที่แน่นอน h ใช้การเป่าที่ด้านข้างของตัวอย่างตรงข้ามกับรอยบาก สำหรับการทดสอบ จะใช้ตัวอย่างแท่งปริซึมที่มีการตัดหลายประเภท: รูปตัวยู รูปตัววี รูปตัว T (รอยบากที่มีรอยแตกเมื่อยล้า)

a - โครงการทดสอบ; b - ตัวอย่างสำหรับการทดสอบ

รูปที่ 2.3 - การทดสอบแรงกระแทก

แรงกระแทกของ CS (J / cm 2) นั้นประมาณโดยงานที่ใช้โดยลูกตุ้มในการทำลายตัวอย่างที่มีรอยบากมาตรฐานซึ่งอ้างถึงตัวอย่างภาคตัดขวางที่รอยบาก:

โดยที่ A คืองานที่ใช้ในการทำลายตัวอย่าง (กำหนดโดยความแตกต่างในพลังงานของลูกตุ้มก่อนและหลังการกระแทก: A 0 - A 1), J;

F - พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างที่รอยบาก cm 2 .

ขึ้นอยู่กับประเภทของรอยบากในตัวอย่าง ความทนแรงกระแทกจะแสดงด้วย KCU, KCV, KCT (ตัวอักษรตัวที่สามคือประเภทของรอยบาก)

การทดสอบคุณสมบัติโลหะทางกล

วรรณกรรม

1. Tushinsky, L.I. วิธีการวิจัยวัสดุ / L.I. Tushinsky, A.V. Plokhov, A.O. Tokarev, V.N. ซินดีฟ - M .: Mir, 2004. - 380 p.

2. ลัคติน, ย.ม. วัสดุศาสตร์ / Yu.M. ลัคติน. - ม.: โลหะวิทยา, 2536. - 448 น.

3. Fetisov, G.P. วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีโลหะ / จี.พี. Fetisov, M.G. Karpman และคนอื่น ๆ - M.: Higher School, 2001. - 622 p.

4. Evstratova, I.I. วัสดุศาสตร์ / I.I. Evstratova และคนอื่น ๆ - Rostov-on-Don: Phoenix, 2006. - 268 p.

5. Markova, N.N. โลหะผสมเหล็กคาร์บอน / N.N. มาร์คอฟ - Eagle: OrelGTU, 2549. - 96 หน้า

6. Ilyina, L.V. วัสดุที่ใช้ในงานวิศวกรรมเครื่องกล: คู่มืออ้างอิง / L.V. Ilyina, L.N. เคิร์ดยูมอฟ - อีเกิล: OrelGTU, 2007.

เอกสารที่คล้ายกัน

การหาสมบัติทางกลของวัสดุโครงสร้างโดยการทดสอบแรงตึง วิธีการศึกษาคุณภาพ โครงสร้าง และคุณสมบัติของโลหะและโลหะผสม เพื่อหาค่าความแข็ง การรักษาความร้อนของโลหะผสมอลูมิเนียมดัด

กวดวิชา, เพิ่ม 01/29/2011

สาระสำคัญของการทดสอบวัสดุแบบคงที่ วิธีดำเนินการพวกเขาออก การดำเนินการทดสอบแรงดึง แรงบิด และการดัดงอ และความสำคัญในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม การวัดความแข็งของวัสดุตามวิธี Vickers ตามวิธี Brinell โดยวิธี Rockwell

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 12/13/2013

วิธีการกำหนดความแข็งตาม Brennel, Rockwell, Vickers แบบแผนการทดสอบความแข็งในรูปแบบต่างๆ ระยะเวลาของการเปิดรับตัวอย่างภายใต้ภาระ วิธีการหลักในการแนะนำทิปมาตรฐานลงในพื้นผิวของโลหะที่ทดสอบ

งานห้องปฏิบัติการเพิ่ม 01/12/2010

วิธีการกำหนดความแข็งและการวัดการเยื้อง รูปแบบการทดสอบในรูปแบบต่างๆ ความต้านทานของวัสดุที่จะเจาะโดยร่างกายที่แข็งกว่า การคำนวณหาค่าความแข็ง การแปลงความแข็ง Brinell เป็น Rackwell ความแข็ง Vickers

งานห้องปฏิบัติการเพิ่ม 01/12/2010

การวิเคราะห์พฤติกรรมของวัสดุระหว่างการทดสอบแรงดึงของวัสดุและก่อนเกิดความล้มเหลว ลักษณะทางกลหลักของสัดส่วน ความลื่นไหล การยืดตัว ความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และความเป็นพลาสติกของวัสดุสำหรับอุตสาหกรรมโลหการ

งานห้องปฏิบัติการเพิ่ม 01/12/2010

แนวคิดเรื่องความแข็ง วิธีการเยื้องปลายแข็ง การวัดความแข็ง Brinell, Vickers และ Rockwell การวัดความแข็งระดับไมโคร ขั้นตอนการเลือกอุปกรณ์ ดำเนินการทดสอบความแข็งทางกลเพื่อกำหนดคุณสมบัติของท่อ

ภาคเรียนที่เพิ่ม 06/15/2013

ทบทวนข้อมูลทางทฤษฎีเกี่ยวกับการศึกษาธรรมชาติของการชุบแข็งโลหะตามแผนภาพแสดงความตึง โครงการกำหนดความแข็งตาม Brinell และ Rockwell การคำนวณพารามิเตอร์หลักของไดนามิกตัวบ่งชี้ การวิเคราะห์การพึ่งพาแบบกราฟิก

ภาคเรียนที่เพิ่ม 04/04/2014

แนวคิดและประเภทของการแบ่งแยก สาเหตุของการเกิดขึ้น และวิธีกำจัด สาระสำคัญและวิธีการวัดแรงกระแทกของคุณสมบัติทางกลของโลหะ คาร์บูไรซิ่งของเหล็ก: สาระสำคัญของกระบวนการ โครงสร้าง คุณสมบัติ และการใช้งาน ไทเทเนียมและโลหะผสมของมัน

ทดสอบเพิ่ม 06/26/2013

สมบัติทางกลของโลหะ วิธีการพื้นฐานสำหรับการคำนวณหา คุณสมบัติทางเทคโนโลยีของเหล็กไนไตรด์ ตัวอย่างชิ้นส่วนเครื่องจักรและกลไกที่อยู่ภายใต้ไนไตรด์ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของน้ำมันเบนซินในรถยนต์ จารบียี่ห้อ.

ทดสอบเพิ่มเมื่อ 09/25/2013

คุณสมบัติของโลหะและโลหะผสม ทนต่อการกัดกร่อน ต้านทานความเย็น ทนความร้อน ต้านแรงเสียดทาน คุณสมบัติทางกลของโลหะ ตัวอย่างแผนภาพแรงดึง การทดสอบแรงกระแทก ความหมายทางกายภาพของความยืดหยุ่น ประเภทของการสึกหรอและความแข็งแรงของโครงสร้าง

ใช้โลหะใน ชีวิตประจำวันเริ่มที่จุดเริ่มต้นของการพัฒนามนุษย์ ทองแดงเป็นตัวแทนแรกของพวกเขา มันมีอยู่ในธรรมชาติและผ่านการประมวลผลอย่างสมบูรณ์แบบ ในระหว่างการขุดค้นทางโบราณคดีมักพบของใช้ในครัวเรือนและผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่ทำจากมัน

ในกระบวนการพัฒนา มนุษย์เรียนรู้ที่จะผสมโลหะต่างๆ เข้าด้วยกันเพื่อผลิตโลหะผสมที่มีความแข็งแรงมากขึ้น พวกมันถูกใช้เพื่อสร้างเครื่องมือและต่อมาใช้ทำอาวุธ การทดลองดำเนินต่อไปในยุคของเรา มีการสร้างโลหะผสมที่มีความแข็งแรงเฉพาะของโลหะขึ้น ซึ่งเหมาะสำหรับการก่อสร้างโครงสร้างสมัยใหม่

ประเภทของโหลด

คุณสมบัติทางกลของโลหะและโลหะผสมรวมถึงคุณสมบัติที่สามารถต้านทานการกระทำของแรงภายนอกหรือโหลดได้ พวกเขาสามารถมีความหลากหลายมากและโดดเด่นด้วยผลกระทบ:

คงที่ซึ่งค่อยๆเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็นค่าสูงสุดจากนั้นคงที่หรือเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย
ไดนามิก - เกิดขึ้นจากการกระแทกและกระทำในช่วงเวลาสั้น ๆ

ประเภทของการเปลี่ยนรูป

การเสียรูปเป็นการดัดแปลงการกำหนดค่าของวัตถุที่เป็นของแข็งภายใต้อิทธิพลของน้ำหนักบรรทุกที่ใช้กับมัน (แรงภายนอก) การเปลี่ยนรูปหลังจากที่วัสดุกลับสู่รูปร่างก่อนหน้าและคงขนาดเดิมไว้จะถือว่ายืดหยุ่นได้ มิฉะนั้น (รูปร่างเปลี่ยนไป วัสดุมีความยาวขึ้น) - พลาสติกหรือสิ่งตกค้าง การเสียรูปมีหลายประเภท:

การบีบอัด ปริมาตรของร่างกายลดลงอันเป็นผลมาจากแรงอัดบนตัวมัน การเสียรูปดังกล่าวเกิดขึ้นจากรากฐานของหม้อไอน้ำและเครื่องจักร
ยืด. ความยาวของลำตัวจะเพิ่มขึ้นเมื่อใช้แรงที่ปลายของมัน ทิศทางที่สอดคล้องกับแกนของมัน สายเคเบิล, สายพานไดรฟ์ถูกยืดออก
เปลี่ยนหรือตัด ในกรณีนี้ แรงจะพุ่งเข้าหากันและเกิดการบาดขึ้นภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตัวอย่าง ได้แก่ หมุดย้ำและสลักเกลียว
แรงบิด แรงคู่ตรงข้ามกระทำต่อตัวถังที่ปลายด้านหนึ่ง (เพลาของเครื่องยนต์และเครื่องมือกล)
โค้งงอ. การเปลี่ยนแปลงความโค้งของร่างกายภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก การกระทำดังกล่าวเป็นเรื่องปกติสำหรับคาน บูมเครน รางรถไฟ

การกำหนดความแข็งแรงของโลหะ

ข้อกำหนดหลักประการหนึ่งที่กำหนดไว้สำหรับโลหะที่ใช้สำหรับการผลิตโครงสร้างและชิ้นส่วนโลหะคือความแข็งแรง ในการตรวจวัด ให้นำตัวอย่างโลหะมายืดบนเครื่องทดสอบ มาตรฐานจะบางลง พื้นที่หน้าตัดจะลดลงตามความยาวที่เพิ่มขึ้นพร้อมกัน ในช่วงเวลาหนึ่ง ตัวอย่างเริ่มยืดในที่เดียว ก่อตัวเป็น "คอ" และหลังจากนั้นครู่หนึ่งก็มีช่องว่างในบริเวณที่บางที่สุด นี่คือลักษณะการทำงานของโลหะที่มีความหนืดสูงเป็นพิเศษ เปราะ: เหล็กที่เป็นของแข็งและเหล็กหล่อจะยืดออกเล็กน้อยและไม่ทำให้เกิดคอ

โหลดของตัวอย่างถูกกำหนดโดยอุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่าเครื่องวัดแรงซึ่งติดตั้งอยู่ในเครื่องทดสอบ ในการคำนวณคุณสมบัติหลักของโลหะที่เรียกว่าค่าความต้านทานแรงดึงของวัสดุ จำเป็นต้องแบ่งโหลดสูงสุดที่ตัวอย่างรับไว้ก่อนที่จะแตกออกด้วยค่าของพื้นที่หน้าตัดก่อนทำการยืดออก ค่านี้จำเป็นสำหรับผู้ออกแบบเพื่อกำหนดขนาดของชิ้นส่วนที่ผลิต และสำหรับนักเทคโนโลยีเพื่อกำหนดโหมดการประมวลผล

โลหะที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก

โลหะที่มีความแข็งแรงสูง ได้แก่ :

ไทเทเนียม. มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
- มีความแข็งแรงสูง
- ทนต่ออุณหภูมิสูง
- ความหนาแน่นต่ำ;
- ทนต่อการกัดกร่อน
- ความต้านทานทางกลและสารเคมี

ไททาเนียมใช้ในทางการแพทย์ อุตสาหกรรมการทหาร การต่อเรือ และการบิน

ดาวยูเรนัส โลหะที่มีชื่อเสียงและทนทานที่สุดในโลกคือวัสดุกัมมันตภาพรังสีที่อ่อนแอ มันเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบบริสุทธิ์และในสารประกอบ มันเป็นของโลหะหนัก ยืดหยุ่น อ่อน และค่อนข้างเหนียว ใช้กันอย่างแพร่หลายในพื้นที่การผลิต
ทังสเตน. การคำนวณความแข็งแรงของโลหะแสดงว่าเป็นโลหะที่ทนทานและทนไฟมากที่สุดซึ่งไม่คล้อยตามการโจมตีทางเคมี หลอมอย่างดีสามารถดึงเป็นเกลียวบาง ๆ ได้ ใช้สำหรับเส้นใย
รีเนียม. วัสดุทนไฟมีความหนาแน่นและความแข็งสูง ทนทานมาก ไม่เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ค้นหาการใช้งานในด้านอิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรม
ออสเมียม. โลหะแข็ง ทนไฟ ทนต่อความเสียหายทางกลและสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ใช้ในยา ใช้สำหรับเทคโนโลยีจรวด อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
อิริเดียม. ในธรรมชาติมักพบในรูปแบบอิสระ มักพบในสารประกอบที่มีออสเมียม มีการตัดเฉือนไม่ดีมีความทนทานต่อสารเคมีและความแข็งแรงสูง โลหะผสมกับโลหะ: ไททาเนียม, โครเมียม, ทังสเตนใช้ทำเครื่องประดับ
เบริลเลียม. โลหะที่มีพิษสูงซึ่งมีความหนาแน่นสัมพัทธ์มีสีเทาอ่อน พบการใช้งานในด้านโลหะวิทยาเหล็ก วิศวกรรมพลังงานนิวเคลียร์ เลเซอร์ และวิศวกรรมการบินและอวกาศ มีความแข็งสูงและใช้สำหรับอัลลอยด์อัลลอยด์
โครเมียม. โลหะแข็งมากมีความแข็งแรงสูง สีขาว-ฟ้า ทนทานต่อด่างและกรด ความแข็งแรงของโลหะและโลหะผสมทำให้สามารถใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์และเคมี เช่นเดียวกับเครื่องมือตัดโลหะ

แทนทาลัม. โลหะมีสีเงิน มีความแข็งสูง มีความแข็งแรงสูง มีการหักเหและทนต่อการกัดกร่อน มีความเหนียว และง่ายต่อการแปรรูป พบการประยุกต์ใช้ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในอุตสาหกรรมโลหะและเคมี
รูทีเนียม. เป็นของที่มีความแข็งแรงสูง, ความแข็ง, การหักเหของแสง, ทนต่อสารเคมี หน้าสัมผัสอิเล็กโทรดปลายแหลมทำจากมัน

คุณสมบัติของโลหะถูกกำหนดอย่างไร?

ในการทดสอบความแข็งแรงของโลหะจะใช้วิธีการทางเคมีกายภาพและเทคโนโลยี ความแข็งเป็นตัวกำหนดว่าวัสดุต้านทานการเสียรูปอย่างไร โลหะต้านทานมีความแข็งแรงมากกว่าและชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะสึกหรอน้อยลง เพื่อกำหนดความแข็ง ลูกบอล กรวยเพชร หรือพีระมิดถูกกดเข้าไปในโลหะ ค่าความแข็งถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยประทับหรือโดยความลึกของการเยื้องของวัตถุ โลหะที่แข็งแรงกว่าจะเสียรูปน้อยกว่า และความลึกของรอยประทับจะน้อยลง

แต่ชิ้นงานทดสอบแรงดึงจะทดสอบกับเครื่องรับแรงดึงที่มีโหลดซึ่งค่อยๆ เพิ่มขึ้นในระหว่างการรับแรงดึง มาตรฐานอาจมีวงกลมหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสอยู่ในภาคตัดขวาง ในการทดสอบโลหะที่ทนต่อแรงกระแทก การทดสอบแรงกระแทกจะดำเนินการ มีการกรีดตรงกลางของตัวอย่างที่ทำขึ้นเป็นพิเศษและติดตั้งตรงข้ามกับเครื่องกระทบ การทำลายล้างต้องเกิดในจุดอ่อน เมื่อทำการทดสอบความแข็งแรงของโลหะ โครงสร้างของวัสดุจะถูกตรวจสอบโดยเอ็กซ์เรย์ อัลตราซาวนด์ และการใช้กล้องจุลทรรศน์อันทรงพลัง นอกจากนี้ยังใช้การกัดด้วยสารเคมี

เทคโนโลยีประกอบด้วยมากที่สุด มุมมองที่เรียบง่ายการทดสอบการทำลาย ความเหนียว การตีขึ้นรูป การเชื่อม การทดสอบการอัดรีดทำให้สามารถระบุได้ว่าวัสดุแผ่นนั้นสามารถขึ้นรูปเย็นได้หรือไม่ ใช้ลูกบอลเจาะรูในโลหะจนกระทั่งรอยแตกแรกปรากฏขึ้น ความลึกของหลุมก่อนที่จะเกิดการแตกหักจะเป็นตัวกำหนดลักษณะของความเป็นพลาสติกของวัสดุ การทดสอบการดัดทำให้สามารถระบุความสามารถของวัสดุแผ่นที่จะยอมรับได้ รูปร่างที่ต้องการ. การทดสอบนี้ใช้เพื่อประเมินคุณภาพของรอยเชื่อมในการเชื่อม ในการประเมินคุณภาพของเส้นลวดจะใช้การทดสอบการหักงอ ท่อได้รับการทดสอบสำหรับการแบนและการดัด

คุณสมบัติทางกลของโลหะและโลหะผสม

โลหะรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

ความแข็งแกร่ง. มันอยู่ในความสามารถของวัสดุในการต้านทานการทำลายภายใต้อิทธิพลของกองกำลังภายนอก ประเภทของความแข็งแกร่งขึ้นอยู่กับการกระทำของแรงภายนอก แบ่งออกเป็น: การบีบอัด, ความตึงเครียด, แรงบิด, การดัด, การคืบ, ความเหนื่อยล้า
พลาสติก. นี่คือความสามารถของโลหะและโลหะผสมในการเปลี่ยนรูปร่างภายใต้อิทธิพลของน้ำหนักโดยไม่ถูกทำลาย และคงไว้หลังจากสิ้นสุดการกระแทก ความเหนียวของวัสดุโลหะจะถูกกำหนดเมื่อยืดออก ยิ่งเกิดการยืดตัวมากขึ้น ในขณะที่ลดหน้าตัด โลหะก็จะยิ่งมีความเหนียวมากขึ้น วัสดุที่มีความเหนียวที่ดีจะได้รับการประมวลผลอย่างสมบูรณ์แบบด้วยแรงกด: การตีขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป ความเป็นพลาสติกมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสองค่า: การหดตัวสัมพัทธ์และการยืดตัว
ความแข็ง คุณภาพของโลหะนี้อยู่ในความสามารถในการต้านทานการแทรกซึมของวัตถุแปลกปลอมเข้าไปซึ่งมีความแข็งมากกว่าและไม่ได้รับการเปลี่ยนรูปที่เหลือ ความต้านทานการสึกหรอและความแข็งแรงเป็นคุณสมบัติหลักของโลหะและโลหะผสม ซึ่งมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความแข็ง วัสดุที่มีคุณสมบัติดังกล่าวใช้สำหรับการผลิตเครื่องมือที่ใช้สำหรับการแปรรูปโลหะ: ใบมีด, ไฟล์, ดอกสว่าน, ดอกต๊าป บ่อยครั้ง ความแข็งของวัสดุเป็นตัวกำหนดความต้านทานการสึกหรอ เหล็กกล้าแข็งจึงสึกหรอระหว่างการทำงานน้อยกว่าเกรดที่อ่อนกว่า
แรงกระแทก ลักษณะเฉพาะของโลหะผสมและโลหะที่จะต้านทานอิทธิพลของแรงที่มาพร้อมกับแรงกระแทก นี่เป็นหนึ่งใน คุณสมบัติที่สำคัญวัสดุที่ใช้ทำชิ้นส่วนที่รับแรงกระแทกระหว่างการทำงานของเครื่อง ได้แก่ เพลาล้อ เพลาข้อเหวี่ยง
ความเหนื่อยล้า. นี่คือสถานะของโลหะซึ่งอยู่ภายใต้ความเค้นคงที่ ความล้าของวัสดุโลหะเกิดขึ้นทีละน้อยและอาจส่งผลให้เกิดการทำลายของผลิตภัณฑ์ ความสามารถของโลหะในการต้านทานการแตกหักจากความล้าเรียกว่าความทนทาน คุณสมบัตินี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะผสมหรือโลหะ สถานะของพื้นผิว ลักษณะของการแปรรูป และสภาพการทำงาน

คลาสความแข็งแกร่งและการกำหนด

เอกสารข้อกำหนดเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกลของรัดได้แนะนำแนวคิดของระดับความแข็งแรงของโลหะและกำหนดระบบการกำหนด ระดับความแรงแต่ละระดับจะแสดงด้วยตัวเลขสองตัว ระหว่างนั้นจะมีจุดอยู่ ตัวเลขแรก หมายถึง ความต้านแรงดึง ลดลง 100 เท่า ตัวอย่างเช่น ระดับความแข็งแรง 5.6 หมายความว่าความต้านทานแรงดึงจะเท่ากับ 500 จำนวนที่สองเพิ่มขึ้น 10 เท่า - นี่คืออัตราส่วนของความต้านทานแรงดึงที่แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ (500x0.6 \u003d 300) เช่น 30% คือ กำลังรับแรงดึงขั้นต่ำของความต้านทานแรงดึงสำหรับการยืดตัว ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่ใช้สำหรับรัดจะจำแนกตามการใช้งาน รูปร่าง วัสดุที่ใช้ ระดับความแข็งแรง และการเคลือบ ตามวัตถุประสงค์การใช้งานคือ:

แชร์ ใช้สำหรับเครื่องจักรการเกษตร
เฟอร์นิเจอร์. ใช้ในการก่อสร้างและการผลิตเฟอร์นิเจอร์
ถนน. ยึดติดกับโครงสร้างโลหะ
วิศวกรรม. ใช้ในอุตสาหกรรมการสร้างเครื่องจักรและการผลิตเครื่องมือ

คุณสมบัติทางกลของรัดขึ้นอยู่กับเหล็กที่ใช้ทำและคุณภาพของการแปรรูป

ความแรงเฉพาะ

ความแข็งแรงจำเพาะของวัสดุ (สูตรด้านล่าง) มีลักษณะเฉพาะโดยอัตราส่วนของความต้านทานแรงดึงต่อความหนาแน่นของโลหะ ค่านี้แสดงถึงความแข็งแรงของโครงสร้างสำหรับน้ำหนักที่กำหนด มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องบิน จรวด และยานอวกาศ

ในด้านความแข็งแรงจำเพาะ ไททาเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดในบรรดาวัสดุทางเทคนิคทั้งหมดที่ใช้ เป็นสองเท่าของความแข็งแรงจำเพาะของโลหะที่เกี่ยวข้องกับเหล็กอัลลอยด์ ไม่กัดกร่อนในอากาศ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและด่าง ไม่กลัวน้ำทะเล และทนความร้อนได้ดี ที่อุณหภูมิสูง ความแข็งแรงจะสูงกว่าโลหะผสมที่มีแมกนีเซียมและอะลูมิเนียม เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ การใช้งานเป็นวัสดุโครงสร้างจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมเครื่องกล ข้อบกพร่อง โลหะผสมไททาเนียมอยู่ในความสามารถในการแปรรูปต่ำ มันเกี่ยวข้องกับร่างกายและ คุณสมบัติทางเคมีวัสดุและโครงสร้างโลหะผสมพิเศษ

ด้านบนเป็นตารางแสดงค่าความแข็งแรงเฉพาะของโลหะ

การใช้พลาสติกและความแข็งแรงของโลหะ

มาก คุณสมบัติที่สำคัญโลหะมีความเหนียวและความแข็งแรง คุณสมบัติเหล่านี้ขึ้นอยู่กับกันและกันโดยตรง ไม่อนุญาตให้โลหะเปลี่ยนรูปร่างและป้องกันการทำลายด้วยตาเปล่าเมื่อสัมผัสกับแรงภายนอกและภายใน

โลหะที่มีความเหนียวสูงภายใต้อิทธิพลของน้ำหนักจะค่อยๆ ถูกทำลาย ในตอนแรกพวกมันโค้งงอและจากนั้นก็เริ่มยุบตัวลง โลหะดัดเปลี่ยนรูปร่างได้ง่าย ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตตัวรถ ความแข็งแรงและความเหนียวของโลหะขึ้นอยู่กับแรงที่ใช้ไปในทิศทางใดและการกลิ้งไปในทิศทางใดในระหว่างการผลิตวัสดุ มีการพิสูจน์แล้วว่าในระหว่างการกลิ้ง ผลึกโลหะจะยืดออกในทิศทางของมันมากกว่าในทิศทางตามขวาง สำหรับเหล็กแผ่น ความแข็งแรงและความเหนียวจะมากกว่ามากในทิศทางของการรีด ในทิศทางตามขวางความแข็งแรงลดลง 30% และความเป็นพลาสติก 50% ตัวเลขเหล่านี้ต่ำกว่าความหนาของแผ่น ตัวอย่างเช่น ลักษณะของรอยร้าวบนแผ่นเหล็กในระหว่างการเชื่อมสามารถอธิบายได้ด้วยการขนานกันของแกนของรอยเชื่อมและทิศทางของการกลิ้ง ตามความเป็นพลาสติกและความแข็งแรงของวัสดุ ความเป็นไปได้ของการใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องจักร โครงสร้าง เครื่องมือ และอุปกรณ์จะถูกกำหนด

ความต้านทานเชิงบรรทัดฐานและการออกแบบของโลหะ

หนึ่งในพารามิเตอร์หลักที่กำหนดลักษณะความต้านทานของโลหะต่อผลกระทบของแรงคือความต้านทานเชิงบรรทัดฐาน มันถูกตั้งค่าตามมาตรฐานการออกแบบ ความต้านทานของการออกแบบได้มาจากการแบ่งบรรทัดฐานด้วยปัจจัยด้านความปลอดภัยที่เหมาะสมสำหรับวัสดุนี้ ในบางกรณีจะคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์สภาพการทำงานของโครงสร้างด้วย ในการคำนวณความสำคัญในทางปฏิบัติ ส่วนใหญ่จะใช้ความต้านทานที่คำนวณได้ของโลหะ

วิธีเพิ่มความแข็งแรงของโลหะ

มีหลายวิธีในการเพิ่มความแข็งแรงของโลหะและโลหะผสม:

การสร้างโลหะผสมและโลหะที่มีโครงสร้างปราศจากข้อบกพร่อง มีการพัฒนาสำหรับการผลิตหนวดเครา (หนวด) ที่สูงกว่าความแข็งแรงของโลหะธรรมดาหลายสิบเท่า
การได้มาซึ่งปริมาตรและการชุบแข็งพื้นผิวเทียม เมื่อโลหะถูกแปรรูปด้วยแรงกด (การตี การดึง การรีด การกด) การแข็งตัวของปริมาตรจะเกิดขึ้น และการกลึงเป็นเกลียวและการเจาะรูจะช่วยให้พื้นผิวแข็งขึ้น
การสร้างโดยใช้องค์ประกอบจากตารางธาตุ
การทำให้โลหะบริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกที่มีอยู่ในนั้น เป็นผลให้คุณสมบัติทางกลของมันดีขึ้นการแพร่กระจายของรอยแตกจะลดลงอย่างมาก
ขจัดความหยาบกร้านออกจากผิวชิ้นงาน

ไททาเนียมอัลลอยด์ ซึ่งมีค่าความถ่วงจำเพาะซึ่งมากกว่าอะลูมิเนียมประมาณ 70% นั้นแข็งแกร่งกว่า 4 เท่า ดังนั้น ในแง่ของความแข็งแรงจำเพาะ โลหะผสมที่ประกอบด้วยไททาเนียมจะทำกำไรได้มากกว่าที่จะใช้สำหรับการก่อสร้างเครื่องบิน
อะลูมิเนียมอัลลอยด์หลายชนิดมีความแข็งแรงเกินจำเพาะของเหล็กกล้าที่มีคาร์บอน อลูมิเนียมอัลลอยด์มีความเหนียวสูง ทนต่อการกัดกร่อน ผ่านกรรมวิธีทางแรงดันและการตัดได้อย่างดีเยี่ยม
พลาสติกมีความแข็งแรงสูงกว่าโลหะ แต่เนื่องจากความแข็งแกร่งไม่เพียงพอ ความแข็งแรงเชิงกล อายุ ความเปราะบางที่เพิ่มขึ้น และความต้านทานความร้อนต่ำ textolites และ getinaks จึงมีข้อจำกัดในการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงสร้างขนาดใหญ่
เป็นที่ยอมรับว่าในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรงจำเพาะ โลหะที่เป็นเหล็ก โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก และโลหะผสมหลายชนิดด้อยกว่าพลาสติกเสริมด้วยแก้ว

คุณสมบัติทางกลของโลหะเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการใช้งานจริง เมื่อออกแบบโครงสร้าง ชิ้นส่วนหรือเครื่องจักรบางประเภท และเลือกวัสดุ ให้คำนึงถึงคุณสมบัติทางกลทั้งหมดที่มี

การทดสอบทางกลของโลหะ ความแข็งแรง การกำหนดความแข็งแรงของโลหะ

ทางเลือกของโลหะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรและโครงสร้างนั้นพิจารณาจากข้อกำหนดด้านการออกแบบ การปฏิบัติงาน เทคโนโลยี และด้านเศรษฐกิจ

โลหะต้องมีความแข็งแรงที่จำเป็น ความสามารถในการเปลี่ยนรูป ตรงตามสภาวะการทำงาน (ความต้านทานการกัดกร่อน การนำความร้อนและไฟฟ้า ฯลฯ) และมีค่าใช้จ่ายขั้นต่ำ

ความแข็งแรงเป็นข้อกำหนดหลักสำหรับโลหะที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรและโครงสร้างโลหะ

ความแข็งแรงคือความสามารถของวัสดุในการทนต่อแรงภายนอกโดยไม่ยุบตัว การวัดความแข็งแรงคือน้ำหนักที่แต่ละตารางมิลลิเมตร (หรือเซนติเมตร) ของส่วนของชิ้นส่วนนั้นสามารถรับได้

ความแข็งแรงของโลหะพิจารณาจากการยืดตัวอย่างที่มีรูปร่างและขนาดที่แน่นอนบนเครื่องทดสอบ เมื่อยืดออก พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างจะลดลง ตัวอย่างจะบางลง และความยาวเพิ่มขึ้น ในบางจุด การยืดตัวของตัวอย่างตลอดความยาวจะหยุดและเกิดขึ้นในที่เดียว คอที่เรียกว่าคอจะเกิดขึ้น หลังจากนั้นครู่หนึ่ง ตัวอย่างจะแตกที่บริเวณการก่อตัวของ "คอ"

กระบวนการดึงจะดำเนินการในลักษณะนี้เฉพาะกับวัสดุที่มีความหนืดเท่านั้น สำหรับวัสดุที่เปราะ (เหล็กแข็ง เหล็กหล่อ) ตัวอย่างจะแตกด้วยการยืดออกเล็กน้อยและไม่มี "คอ"

เมื่อแบ่งโหลดสูงสุดที่ตัวอย่างทนก่อนเกิดการแตกออก (โหลดวัดโดยอุปกรณ์พิเศษ - เครื่องวัดแรงที่รวมอยู่ในการออกแบบเครื่องทดสอบ) ด้วยพื้นที่หน้าตัดก่อนการยืดตัว ลักษณะสำคัญของโลหะคือ ได้รับเรียกว่า ค่าความต้านทานแรงดึง (σ in)

นักออกแบบจำเป็นต้องรู้ความต้านทานแรงดึงของโลหะแต่ละชนิดเพื่อกำหนดขนาดของชิ้นส่วน นักเทคโนโลยี - เพื่อกำหนดโหมดการประมวลผล

ที่อุณหภูมิสูง การทดสอบแรงดึงในระยะสั้นจะดำเนินการกับเครื่องทดสอบทั่วไป โดยจะมีเพียงเตาเผา (โดยทั่วไปคือเครื่องป้องกันไฟฟ้า) ที่สร้างไว้ในเครื่องเพื่อให้ความร้อนแก่ตัวอย่าง เตาเผาถูกติดตั้งบนโครงเครื่องเพื่อให้แกนของท่อไอเสียตรงกับแกนของเครื่อง ตัวอย่างที่จะทดสอบถูกวางไว้ในเตาเผา เพื่อให้ความร้อนสม่ำเสมอ เตาอบต้องยาวกว่าตัวอย่าง 2-4 เท่า ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะยึดกับที่จับของเครื่องโดยตรง ตัวอย่างได้รับการแก้ไขในส่วนขยายพิเศษของเหล็กทนความร้อน ซึ่งจะติดอยู่กับที่จับของเครื่อง

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เสถียร ต้องเก็บตัวอย่างไว้ที่อุณหภูมิทดสอบเป็นเวลา 30 นาที ค่าความต้านทานแรงดึงของโลหะที่ให้ความร้อนจะได้รับผลกระทบอย่างมากจากอัตราการดึง: ยิ่งความเร็วสูงขึ้น ค่าความต้านทานแรงดึงก็จะยิ่งมากขึ้น ดังนั้น สำหรับการประเมินความต้านทานความร้อนของเหล็กที่ถูกต้อง ระยะเวลาของการทดสอบแรงดึงควรอยู่ที่ 15-20 นาที

ความแข็งแรงคือความสามารถของโลหะในการต้านทานการทำลายภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก คุณค่าของโลหะในฐานะวัสดุทางวิศวกรรมควบคู่ไปกับคุณสมบัติอื่นๆ ถูกกำหนดโดยความแข็งแรง

ค่าความแข็งแรงบ่งชี้ว่าต้องใช้แรงมากเพียงใดในการเอาชนะพันธะภายในระหว่างโมเลกุล

การทดสอบโลหะสำหรับความต้านทานแรงดึงดำเนินการกับเครื่องจักรพิเศษที่มีความสามารถหลากหลาย เครื่องจักรเหล่านี้ประกอบด้วยกลไกการโหลดซึ่งสร้างแรง ยืดชิ้นงานทดสอบ และระบุปริมาณของแรงที่ใช้กับชิ้นงานทดสอบ กลไกคือการกระทำทางกลและไฮดรอลิก

พลังของเครื่องจักรนั้นแตกต่างกันและสูงถึง 50 ตัน 7 แสดงอุปกรณ์ของเครื่องประกอบด้วยโครง 2 และแคลมป์ 4 ซึ่งตัวอย่างทดสอบ 3 ได้รับการแก้ไข

แคลมป์ด้านบนติดอยู่กับเฟรมโดยไม่เคลื่อนไหว และแคลมป์ด้านล่างจะค่อยๆ ลดระดับลงอย่างช้าๆ ระหว่างการทดสอบโดยใช้กลไกพิเศษในการยืดตัวอย่าง

ข้าว. 7. การทดสอบแรงดึงของโลหะ:

เอ - อุปกรณ์สำหรับทดสอบแรงดึงของโลหะ b - ตัวอย่างสำหรับการทดสอบแรงดึง: I - รอบ, II - แบน

โหลดที่ส่งระหว่างการทดสอบกับตัวอย่างสามารถกำหนดได้โดยตำแหน่งของลูกศรของอุปกรณ์บนมาตราส่วนการวัด 1

ตัวอย่างควรได้รับการทดสอบภายใต้สภาวะเดียวกันเสมอเพื่อให้สามารถเปรียบเทียบผลลัพธ์ได้ ดังนั้นมาตรฐานที่เกี่ยวข้องจึงกำหนดขนาดตัวอย่างทดสอบบางขนาด

ชิ้นงานทดสอบมาตรฐานสำหรับการทดสอบแรงดึงคือชิ้นงานที่มีลักษณะกลมและแบน ดังแสดงในรูปที่ 7b.

ตัวอย่างแบบเรียบจะใช้ในการทดสอบแผ่น วัสดุแถบ ฯลฯ และหากโปรไฟล์โลหะอนุญาต ก็จะทำตัวอย่างแบบกลม

ความแข็งแกร่งสูงสุด (σ b) คือความเครียดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่วัสดุสามารถสัมผัสได้ก่อนที่จะถูกทำลาย ความต้านทานแรงดึงของโลหะเท่ากับอัตราส่วนของโหลดสูงสุดเมื่อทำการทดสอบชิ้นงานทดสอบสำหรับการแตกร้าวไปยังพื้นที่หน้าตัดเริ่มต้นของชิ้นงานทดสอบ กล่าวคือ

σ b = P b / F 0 ,

โดยที่ R b - โหลดสูงสุดก่อนการแตกของตัวอย่าง kgf;

F 0 - พื้นที่หน้าตัดเริ่มต้นของตัวอย่าง mm 2

สำหรับการทำงานที่ปลอดภัยของเครื่องจักรและโครงสร้าง ในระหว่างการใช้งานความเค้นในวัสดุจะต้องไม่เกินขีดจำกัดของสัดส่วนที่กำหนดไว้ กล่าวคือ ความเค้นสูงสุดที่ไม่ทำให้เกิดการเสียรูป

ความต้านทานแรงดึงของโลหะบางชนิดในการทดสอบแรงดึง kgf / mm 2:

ตะกั่ว 1.8

อลูมิเนียม 8